論變壓器損耗及降損措施

【摘 要】變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置。他承載著電力分配和傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，它既是消耗電能的設(shè)備又是高效率輸送電能的產(chǎn)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(jié)能的部分技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】損耗；變壓器；降損；措施

在電力系統(tǒng)中變壓器的使用范圍非常廣泛，裝設(shè)于發(fā)電、輸電、配電及用電各環(huán)節(jié)，運行時間長，其電能損耗約占發(fā)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(guān)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(jīng)變壓器線圈，因線圈自身電阻而形成的損耗，在數(shù)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(yīng)的漏磁通在結(jié)構(gòu)件和線圈中形成的損耗，包括結(jié)構(gòu)損耗和渦流損耗，其與漏磁通的分布、大小及線圈所用導(dǎo)線的厚度、導(dǎo)線換位與否相關(guān)。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(dǎo)線的電流密度（即增加導(dǎo)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(dǎo)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(lián)多根紙包導(dǎo)線用換位導(dǎo)線取代等方法，可實現(xiàn)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(shù)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(dǎo)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(jié)構(gòu)中，在鐵扼和鐵心柱的轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)且沖孔，使損耗增大。

2.變壓器降損技術(shù)措施

減小線圈導(dǎo)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(yōu)質(zhì)、損耗低的冷軋硅鋼片，鐵心采用不沖孔全斜接縫結(jié)構(gòu)。具體來說，有以下方法：

2.1采用新型導(dǎo)線

變壓器采用無氧銅材質(zhì)的導(dǎo)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(dǎo)配電變壓器，采用超導(dǎo)材質(zhì)的導(dǎo)線代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅芯導(dǎo)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(yōu)化磁體材料

目前出現(xiàn)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(yōu)化改進，采用該材料替代傳統(tǒng)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(jīng)濟效益。

2.3改進制造工藝

采用基于現(xiàn)代計算 機的數(shù) 控 加工技術(shù)，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(jié)構(gòu)

采用新型線圈布置方式和采用新型繞組結(jié)構(gòu)這兩種新的結(jié)構(gòu)布置形式。新型線圈布置方式根據(jù)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(jié)構(gòu)可采用自粘型換位導(dǎo)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(jīng)濟效益。

2.5抑制諧波

節(jié)能濾波型整流變壓器通過抑制諧波對變壓器發(fā)熱、振動和噪聲等產(chǎn)生影響。該種變壓器有4套繞組，二次側(cè)上、下繞組通過移相技術(shù)分別連接整流器以構(gòu)成12脈波，二次濾波繞組安裝感應(yīng)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(shè)計，可實現(xiàn)諧波的良好抑制、變壓器鐵芯的諧波磁通低以及節(jié)能等優(yōu)點。

3.變壓器經(jīng)濟運行

變壓器經(jīng)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(xiàn)有功電能的節(jié)約；以無功功率經(jīng)濟運行為目標，可主要實現(xiàn)功率因數(shù)提高；以綜合功率經(jīng)濟運行為目標，則應(yīng)二者兼顧或以降低系統(tǒng)有功網(wǎng)損為主。經(jīng)濟運行影響因素如下。

3.1電壓

變壓器有功功率損耗在數(shù)值正比于電壓的平方。在確保電壓質(zhì)量的前提下，通過投切母線電容器、調(diào)整變壓器分接頭等方法，適度調(diào)整運行電壓，可以實現(xiàn)節(jié)能降損。

3.2負載功率因素

在電力系統(tǒng)中，感應(yīng)電動機和其他感應(yīng)用電設(shè)備不僅消耗有功功率，還消耗一定數(shù)量的無功功率，從而導(dǎo)致電網(wǎng)功率因數(shù)降低。要維持整個系統(tǒng)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(shù)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(xiàn)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(dǎo)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(tài)下的損耗可達三相平衡狀態(tài)下?lián)p耗的三倍。因此，調(diào)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(huán)境溫度低、通風良好的空間裝設(shè)變壓器，并做好變壓器溫控儀的保養(yǎng)和維修工作，有助于降低變壓器損耗。

4.結(jié)語

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

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