論變壓器損耗及降損措施

【摘 要】變壓器是利用電磁感應的原理來改變交流電壓的裝置。他承載著電力分配和傳輸的重要任務，它既是消耗電能的設備又是高效率輸送電能的產品。變壓器在運行過程中的電能消耗非常大，如何能夠更好的利用資源，減少變壓器的消耗，本文闡述了變壓器降損節能的部分技術。

【關鍵詞】損耗；變壓器；降損；措施

在電力系統中變壓器的使用范圍非常廣泛，裝設于發電、輸電、配電及用電各環節，運行時間長，其電能損耗約占發電量的10%左右。因此，提高變壓器運行效率，降低變壓器自身損耗，提升資源利用價值，已成為目前普遍關注的重點。

1.變壓器的損耗

變壓器損耗包括負載損耗和空載損耗。

1.1負載損耗

負載損耗有電阻損耗和雜散損耗兩類。電阻損耗是負載電流流經變壓器線圈，因線圈自身電阻而形成的損耗，在數值上為線圈電阻與負載電流平方的乘積；雜散損耗是由負載電流感應的漏磁通在結構件和線圈中形成的損耗，包括結構損耗和渦流損耗，其與漏磁通的分布、大小及線圈所用導線的厚度、導線換位與否相關。負載損耗主要由變壓器線圈的電阻損耗造成，若線圈材料一定（銅或鋁），只能憑借減小導線的電流密度（即增加導線的截面積）而降低電阻損耗，此種方法將使線圈的尺寸變大，從而導致變壓器的體積和重量增大。中小型電力變壓器，變壓器線圈的電阻較大致使電阻損耗很大，而雜散損耗在總損耗中的比例很小。對大型電力變壓器而言，雜散損耗在總損耗中所占比例較大，可達總損耗的1/3。通過磁場屏蔽和變壓器線圈并聯多根紙包導線用換位導線取代等方法，可實現雜散損耗減少30%以上。

1.2空載損耗

空載損耗即鐵損，包括渦流和磁滯損耗。空載損耗在數值上正比于磁通密度的平方，因此降低鐵心磁密可減少空載損耗，但降低磁密將增加鐵心材料的使用，限制了鐵芯磁密的減小幅度，所以考慮采用高導磁的冷軋硅鋼片。具有方向性是冷軋硅鋼片的特點，當硅鋼片延展方向與磁力線方向一致時，損耗最小；當此兩個方向成90度時損耗最大。因此，在普通的鐵心結構中，在鐵扼和鐵心柱的轉角處需注意方向性，不制造成直接縫，而要采用卷鐵心或做成斜接縫。過去我國制造的冷軋硅鋼片變壓器，由于工藝條件限制，鐵心采用半直半斜接縫結構且沖孔，使損耗增大。

2.變壓器降損技術措施

減小線圈導體的電流密度和雜散損耗可降低負載損耗，但降低的程度有限；降低工作磁密可降低空載損耗，使用優質、損耗低的冷軋硅鋼片，鐵心采用不沖孔全斜接縫結構。具體來說，有以下方法：

2.1采用新型導線

變壓器采用無氧銅材質的導線，使線圈電阻減小，從而降低變壓器運行的負載損耗和空載損耗。目前已開展使用的高溫超導配電變壓器，采用超導材質的導線代替傳統的銅芯導線，除降低了變壓器的損耗，還間接提高了變壓器抵抗短路電流的能力。

2.2優化磁體材料

目前出現的非晶合金材料，相對于普通磁體，具備更好的磁化和消磁性能。對變壓器磁體材料進行優化改進，采用該材料替代傳統的普通磁體制作鐵芯，可降低變壓器磁滯損耗、空載損耗及無功損耗，提升變壓器運行的經濟效益。

2.3改進制造工藝

采用基于現代計算 機的數 控 加工技術，對變壓器制造工藝進行改進，對變壓器鐵芯的硅鋼片進行加工，精確控制其厚度、界面形狀等，加工精度可達到0.18 mm。采用此種薄度的硅鋼片，可極大降低變壓器運行的空載損耗。

2.4布置新結構

采用新型線圈布置方式和采用新型繞組結構這兩種新的結構布置形式。新型線圈布置方式根據渦流的方向，合理選用縱向或橫向線圈布置形式，控制渦流損耗以降到最小，進而減小變壓器的運行損耗；新型繞組結構可采用自粘型換位導線來控制漏磁走向，減小變壓器繞組的損耗，從而提高變壓器的運行經濟效益。

2.5抑制諧波

節能濾波型整流變壓器通過抑制諧波對變壓器發熱、振動和噪聲等產生影響。該種變壓器有4套繞組，二次側上、下繞組通過移相技術分別連接整流器以構成12脈波，二次濾波繞組安裝感應濾波裝置對諧波進行抑制、對無功進行補償。此外，對濾波繞組進行零等值阻抗設計，可實現諧波的良好抑制、變壓器鐵芯的諧波磁通低以及節能等優點。

3.變壓器經濟運行

變壓器經濟運行方式有三種：有功功率損耗最小、無功功率損耗最小和綜合功率損耗最小。以有功損耗最小為目標，可主要實現有功電能的節約；以無功功率經濟運行為目標，可主要實現功率因數提高；以綜合功率經濟運行為目標，則應二者兼顧或以降低系統有功網損為主。經濟運行影響因素如下。

3.1電壓

變壓器有功功率損耗在數值正比于電壓的平方。在確保電壓質量的前提下，通過投切母線電容器、調整變壓器分接頭等方法，適度調整運行電壓，可以實現節能降損。

3.2負載功率因素

在電力系統中，感應電動機和其他感應用電設備不僅消耗有功功率，還消耗一定數量的無功功率，從而導致電網功率因數降低。要維持整個系統電壓水平，就必須進行無功補償，可采用靜止無功補償器（SVC）、STATCOM、SVG等無功補償裝置。功率因數提高后，總的負載電流減少，變壓器的有功損耗和無功損耗減少，從而實現變壓器負載損耗的降低。

3.3負荷平衡性

變壓器的損耗與負荷電流的平方成正比，負荷的變化可導致變壓器損耗的變化。三相負荷平衡時，變壓器損耗最小；當三相負荷不平衡時，變壓器的損耗等于三臺單相變壓器的負載損耗之和，最惡劣不平衡狀態下的損耗可達三相平衡狀態下損耗的三倍。因此，調整變壓器三相負荷分配、各相平衡，是降低變壓器損耗的一個重要措施。

3.4運行溫度

在同一負載情況下，若變壓器運行溫度不同，在繞組中引起的負載損耗也不同。變壓器繞組的電阻隨溫度升高而增大，因此，環境溫度低、通風良好的空間裝設變壓器，并做好變壓器溫控儀的保養和維修工作，有助于降低變壓器損耗。

4.結語

變壓器是電力系統中不可缺少的電氣設備，其能耗多少直接關系到電力傳輸乃至整個電力系統的損耗大小。本文介紹的降損措施和經濟運行方式，為電力系統變壓器的節能提供了參考和依據。變壓器用戶可根據負荷、用電設備以及自身的實際情況，選擇合理的節能措施，從而取得良好的節能效果。 [科]

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