論變壓器降耗和經濟運行的措施

劉桂堯 王言玲

摘 要：變壓器在電能傳輸過程中起重要作用。在電力傳輸系統和配電網中，要通過變壓器改變電壓來實現大量電能的遠距離傳輸和分配，而在傳輸電能過程中會產生一定的電量損耗，這些損耗主要來自鐵芯的空載損耗和繞組的負載損耗，即銅損和鐵損。這兩個損耗值是衡量變壓器是否為節能型變壓器的主要依據。

關鍵詞：變壓器；運行研究；降耗運行

1 我國節能變壓器的使用情況

目前，我國占有市場主導地位的是S11型和SC10型變壓器，同時越來越多的使用更加節能的非合金變壓器。變壓器降低能耗主要是通過導磁材料（硅鋼片）、導電材料（無氧銅導線或銅箔）及變壓器結構、工藝等方面技術的發展而實現的。另外在降低空載損耗方面通過調整鐵芯結構及制造工藝也能達到很好的節能效果，如疊片式變壓器鐵芯采用全斜無孔不疊上磁軛工藝，卷鐵芯結構則采用磁柱為圓截面或接近圓截面技術等，均從工藝上降低了損耗，尤其是空載損耗。

2 使用節能型變壓器

使用新型變壓器是節能降耗重要措施，在電網改造過程中，將高耗能老舊變壓器逐步更換節能型變壓器是降低電網損耗的首要方法。

2.1 卷鐵心配電變壓器（S11型）

這種變壓器適用范圍廣，性能水平較S9型有較大提高。其優點主要有：變壓器的空載損耗降低約為15-30%，根據其容量而變化；對噪音的有效控制方面，一般可做到40-50d以下，此外是對空載電流的控制上，一般為疊片鐵心的55%。

2.2 干式變壓器

干式變壓器的特點是：構造簡單從而方便運行維護、且具有阻燃、防塵等效果，適用于有較高要求的變配電場所。干式變壓器主要是環氧樹脂干式和浸漬式干式兩種。SC（B）10型節能系列比SC（B）9型空載損耗降低約為13%，負載損耗降低約為4.8%。

2.3 非晶合金變壓器

非晶合金變壓器是上世紀七十年代開發研制的一種節能型變壓器。到上世紀八十年代末實現了商品化。由于使用了一種新的軟磁材料——非晶合金，具有高導磁率、低矯頑力、高電阻率、低鐵損的特點，其性能遠勝于其它硅鋼類變壓器，空載損耗相比硅鋼片類變壓器減少約為68%～79%。

2.4 單項卷鐵芯變壓器

由于單相變壓器可以直接安裝在用電負荷中心，縮短了供電半徑，改善了電壓質量，降低了低壓線路損耗，用戶低壓線路的投資也大大降低。而使用單相卷鐵芯變壓器，對供電質量如電壓降、高次諧波都有明顯改善。但我國的配電網多為中性點不接地系統，單相變壓器需做成相——相全絕緣式接線，其造價高于國外相——地界限的單相變壓器；另外單相變壓器價格偏高，在具體使用時需進行經濟技術比較。

2.5 有載調壓變壓器

有載調壓變壓器是一種在線路負荷沒有被斷開的情況下，通過調整變壓器器身上的有載調壓開關，來改變變壓器一次側繞組，從而使二次輸出電壓保持穩定的配電變壓器。在帶負荷情況下自動調壓，保障配電變壓器和低壓負荷運行在最佳工況，而顯著的降低配電及低壓網絡的損耗。

3 變壓器經濟運行的相關要求

3.1 變壓器經濟運行的含義

變壓器的經濟運行是指在技術經濟允許、保證電網安全運行、保證電力系統供電質量、滿足供電量的基礎上，有效利用電力系統中的各類變（配）電設備和電力傳輸設施，降低變壓器的有功功率損耗和無功功率損耗，提高供電側和用電測的功率因數，從而最大限度的降低變壓器和電網的損耗，實現節電降耗的目的。

3.2 變壓器經濟運行的要求

（1）安裝備用變壓器的用電單元應優先選用功率損耗率小的節能型變壓器投入運行。（2）存在多臺變壓器并列運行的用電單元，應遵循負載變化規律，優化最佳組合方式運行，在合理的負載區間內投切變壓器，使得綜合損耗最小。（3）在安全、經濟、合理的條件下，優化選擇變壓器經濟總量。用增加變壓器容量后所節約的降耗費用與增加的容量投資進行比較，計算出投資收益的回收期，并分析節點經濟效益，合理選取變壓器經濟容量。（4）在技術經濟綜合分析下，采取更換或改造變壓器來達到變壓器經濟運行的目的。逐步淘汰能耗高的老舊變壓器、降低電網損耗。

4 變壓器經濟運行的措施

4.1 變壓器三相平衡措施

調整變壓器負載，使三相趨于平衡。

4.2 并聯變壓器經濟運行措施

首先應當滿足并列運行條件，并合理選擇變壓器的臺數和容量，以保證變壓器在合理的負荷率下維持高效率運行，并列運行變壓器的臺數應以總功率損耗最小為原則。

4.3 高耗能變壓器改造

4.3.1 改善鐵芯和繞組的設計

高耗能變壓器損耗高的原因：一是鐵芯選型及制造工藝不良，使用的硅鋼片太厚、硅鋼片及其安裝質量差、設計磁通密度高、鐵損大；二是繞組匝間電壓設計偏高，勵磁電流較大，導線截面積小，電流密度大，造成銅損高。從鐵芯疊片的角度講，變壓器的空載損耗的大小與硅鋼片性能優劣、質量及磁感應強度有關，其中渦流損耗與硅鋼片厚度的平方成正比。空載損耗：變壓器的二次繞組處于開路狀態，在其一次繞組施加額定頻率大小的額定電壓時，所消耗的有功功率的值稱為空載損耗。算法如下：空載損耗=空載損耗工藝系數×單位損耗×鐵心硅鋼片重量，其中空載損耗工藝系數與鐵心工藝和結構有關，單位損耗是硅鋼片單位損耗，正比與最大磁通量的平方。當變壓器的額定電流一定時，變壓器的負載損耗與高低壓側繞組的直流電阻、繞組的結構形式、換位質量、油箱壁上有無屏蔽等因素有關，其中繞組損耗找有功損耗的80%以上。由此可見，鐵芯的損耗和線圈的損耗將占變壓器總損耗的大部分功率，改善鐵芯和繞組的設計及安裝質量，是降低變壓器損耗的主要途徑。

4.3.2 調容法

對配電變壓器的繞組進行重新繞制，通過無勵磁調容開關改變接線方式及繞組本身的串并聯，在保持額定輸出電壓不變的情況下，來改變變壓器的額定容量。調容量變壓器是將變壓器的一、二次線圈各分成兩段，每段保持原有匝數，導線截面積減少一半，根據負荷情況，通過一只調容開關調整變壓器繞組的串聯或并聯。串并聯調容損耗：串聯容量為額定容量的1/2，并聯為額定容量，空載損耗為并聯損耗的1/4、負載損耗兩者相同、空載無功損耗小于并聯損耗的1/8。

4.4 提高變壓器功率因數

無功補償提高負荷的功率因數，是增加無功出力和降低電網損耗的重要措施。隨負荷功率因數的提高，變壓器的有功和無功損耗都要降低。同時由于無功補償使變壓器的功率因數提高增加了變壓器的容量利用率，也就減少了變壓器本身的電壓降。在電力系統中，加裝電力電容器進行無功補償可提高功率因數，減少電動機、感應電爐、電焊機等設備消耗的無功功率，從而改變功率因數。隨功率因數的提高，減少電力線路中的電流。變壓器的銅損是一、二次線圈電阻損耗電能之和，與線路負載電流的平方成正比，從而提高功率因數可降低變壓器的損耗。

5 結束語

變壓器在電力傳輸系統中是重要的耗能設備，其節能水平的高低關乎企業的經濟效益，對老、舊配電變壓器的逐步更換，可以促進企業自身節能降耗，產生可觀經濟效益，對當下的節能減排形式都是十分有益的。

參考文獻

[1]翟世隆.線損知識問答[M].北京：水利電力出版社，1990.

[2]胡景生.變壓器經濟運行[M].北京：中國電力出版社，1997.