有載調容變壓器應用研究及綜合效益分析

【摘 要】對于配電變壓器來說，其損耗在整個總配電網損耗中占據很大的一部分。因此，降低配電變壓器損耗具有很大的節能潛力。這里詳細介紹了具有負載調節能力的變壓器的結構組成，技術原理和核心技術，并設計了通信解決方案。 與S11型通用配電變壓器相比，有載調容變壓器應用所帶來的經濟效益和社會效益顯著。通過對實際運行效果的分析，得到負載電容調節變壓器的適用面積范圍。

【關鍵詞】有載調容；配電變壓器；節能

一、引言

近幾年來，我國居民的生活水平在中國社會經濟發展十分迅速的時代背景下也獲得了很明顯的提高，特別是在我國政府相關措施的施行，例如：城鄉經濟社會發展一體化新模式以及“家電下鄉”政策等等。除此之外，我國的農民工人數也變得越來越多，這種情況很明顯會對用電負荷提出更高的要求，主要體現為其在以下兩個特殊時期的用電負荷變化比較大：一是特殊的季節，通常情況下電力使用時間以及電力負荷更多的季節多是在農業耕種時期；二是在一些特殊的時間點，如大型集會以及春節等節日，而在其他的時間則消耗的電力相對比較少。為了適應這種需求，供電企業需要及時開發新技術，使得電網既能承受短期高負荷供電，又能滿足長期低負荷供電的需要。作為電力系統末端的主要電力設備，配電變壓器具有大量的用途和復雜的模型。對配電變壓機的需求不斷增加，而且速率逐漸加大。配電變壓器的空載損耗極大，大約有一半的總配電損耗是空載造成的。因此，對于相關供電企業來說，其現階段需要面臨的挑戰就會保證居民用電的穩定性以及安全性，避免配電變壓器出現空載損耗現象。

二、有載調容變壓器

對于有載電容變壓器來說，是一種能夠節約能源的新型配電變壓器，具有創新的負載能力技術。它可以克服空載可調變壓器容量小，實時可控容量低，無負載可調容量，短暫停電和季節調節等缺點，這些缺點的存在會在很大程度上對電源穩定性產生負面影響。通過有載容量控制器可以實現對于變壓器電壓以及電流等相關數據信息的了解，并根據容量的設定值確定相關約束，在滿足以前的設定容量條件的同時，控制器通過控制并調節負載，將控制器所發出的相關指令信息傳送給有載調容變壓器的開關，這樣開關就能夠以指令為依據達到具體位置，實現配電變壓器內部的高低壓繞組的星形，角度變換和串聯，并聯變換。有效且順利的對配電變壓器容量進行調整可以避免下列現象的發生：一是“大馬車”現象；二是配電網嚴重過載現象，從而在最大限度上保證供電過程的穩定性，綜合損耗和總體成本。配電變壓器有效減少。當總是滿足負載需求時，使配電變壓器經濟地運行。

三、有載調容變壓器的技術原理

1.有載調容變壓器的結構組成

對于有載調壓變壓器來說，其組成結構主要有以下幾部分：一是S11型電容調節變壓器體；二是有載電容調節開關；三是有載調壓控制器及附件。而可調容量變壓器的主體則主要有以下幾點：一是核心；二是高低壓繞組；三是車身；四是油箱。

（1）變壓器。具有負載調節能力的變壓器鐵氧體磁芯使用的是硅鋼片，它由于具有極高的磁導率、晶粒取向十分規整而具有極佳的性能，使得有調載容變壓器的空載損耗有效減少。與此同時噪聲也相應降低。有調載容變壓器的繞組和絕緣結構是根據使用情況特制的，它使用的環形絕緣方式，能大大提高串聯和并聯的絕緣性能。油箱采用波紋油箱，瓦楞板采用優質冷軋鋼板制造。它是由一次性彎曲自動生產線和采用先進的焊接技術形成的。

（2）有載調容開關。有載電容調節開關由開關油室，操作機構，電機裝置，開關體等組成。該開關采用先進的滅弧原理，將創新的串聯多次斷開技術應用于高壓接觸開關，以確保高壓側開關的安全性和可靠性。同時具有完善的限流措施，動態觸點支架和輔助觸點之間的有源觸點，在開關限流功能過程中通過過渡電阻制作，使過程中的負載電容變壓器有2種容量激勵狀態下的開關，保證在電源電壓的連續性和可靠性過程中有可調節的開關。

（3）帶負載能力控制。數據采集單元、負載生成單元、負載比較單元、容量控制單元共同維持了負載能力控制系統的高效運行。系統使用集合了自動負載容量、故障診斷和報警、通信、參數設置、數據下載、遠程控制、節能分析、實時監控網絡的負載容量綜合控制策略，精確調控有載調容變壓器運行狀態，通過計算最佳切割能力范圍，設置合理的容量閾值法和延遲時間等參數，確保負載可調容量變壓器運行在最佳經濟運行范圍內。

2.調整原理

有載調容高壓變壓器的高壓繞組K.所有觸點閉合形成三角形（D）連接。當容量很小時，K和所有觸點閉合以形成星形（Y）連接。

當負載電容調節變壓器的操作模式從高電容調節到低電容時，高壓繞組從D形連接自動切換到Y形連接，電壓也隨之相應降低。為了確保輸出電壓恒定，低壓繞組的匝數增加，也就是說，低壓繞組的并聯部分切換為串聯，因此在加大低壓繞組的匝數的同時，減小了高壓繞組的電壓。此時磁芯磁通密度減小，硅鋼片損耗單位較小，變壓器空載損耗和空載電流急劇下降，從而大大降低了無功功率變壓器空載損耗（無負載功率損耗小容量小于1/10的高容量損耗）和有功損耗（空載有源損耗低容量狀態小于1/3高容量損失狀態），達到節能減損的目的。

3. 通訊解決方案

對于有載電容變壓器來說，其通信主要是由有載電容控制器來決定的。數據采集芯片（A/D）的主要作用有：一是對數據進行轉換和存儲；二是將狀態輸入到電路；三是對輸出電路實現合理控制；四是實現對于數據的遠程通信接口等等。只有電路在經過以下兩部分處理之后微處理器才能夠計算并分析交流相應的采樣模擬信號：一是ct信號；二是其他信號處理電路的信號。并最終將得到的結果存儲到數據存儲器以便于能夠將相關信息數據提供給外部相關接口。對于有載可調容量控制器來說，其一般會配有相應USB接口，除此之外，還會設置微功率無線收發器，該收發器的存在能夠更好的滿足無線下載方面的有關需求，實現數據之間的傳送以及查詢。同時，還更有利于數據信息傳送到遠程中心，這樣的話，監控中心主站系統就可以實現對于控制負荷容量變壓器相關數據信息的遠程的控制，從而在很大程度上提高了供電企業管理配電過程的工作水平。

四、有載調容變壓器的節能效益分析

1.現場操作

（1）安裝在配電平臺區域I中的SLL-M-ZT-315（100）/ 10負載電容調節變壓器。以往常用的配電變壓器類型是S11-M-250/10共用型號，在具體應用的過程中，可以發現有很大一部分時間是處于輕載狀態，并且在耗電的高峰期還會出現過載使用的情況，這些狀況嚴重影響到了居民的正常用電。從供電的角度來看，電力負荷主要集中在家用電器（冰箱，洗衣機，感應爐，空調等）上。根據數據分析，配電平臺的日均大容量運行時間約為5小時，低容量運行時間約為19小時。從曲線圖可以看出，配電平臺區域的最大和小負載電流完全能保障用戶對電能質量的要求。

（2）安裝在配電區的有載電容變壓器上，用S11型配電變壓器代替原有工作區。該地區轄區內的居民廣泛開展了種植業，種植了大量的棗樹，蔬菜和養牛。這個地區的季節性負荷是顯而易見的。根據運行數據分析，該區域是季節性負荷變化較大的典型平臺。電力消費旺季主要是7月至9月。在淡季期間，最大負載功率集中在17：00—21：00。

經過分析繁忙季節和淡季的每日當前曲線圖自安裝應用后均為可調容量變壓器，有效解決了因負載或季節性負載不平衡而造成的晝夜配電區域嚴重超載和大馬拉車現象，實現了高可靠性電源電壓和電費電壓。

2.社會福利分析

變壓器是一種消耗能量，污染大氣的動力設備，它占發電總量的2%左右，占電力系統總損耗的30%左右。當有載電容調節變壓器以小容量模式運行時，空載損耗相當于相同容量s11公共變壓器的約45%。分析I，Ⅱ2分布區可調容量變壓器負荷節能環保，如下表所示。這里，根據有關部門的統計，煤的使用大大減少，一氧化碳、一氧化硫、氮氧化物的排放也就相應減少。

從上表中不難看出，負載可調容量變壓器的安裝不僅可以通過減少損耗實現良好的經濟效益，而且還可以實現良好的社會效益。

它節省了大量的煤，減少了有害氣體如一氧化碳、一氧化硫、一氧化氮、二氧化氮的排放，有利于節能減排和環保的大潮流，對減緩變暖速度、有效利用資源有較大的促進作用，符合當前國家建設節能型社會的需求。

五、結論

通過計算兩個配電站的運行數據，相對于普通變壓器，有載調容變壓器的節能效果是十分明顯的，它可以有效降低當前季節或晝夜負荷變化而造成的不良影響，降低配電站的壓力。通過聯網通信，監控中心能及時收到有載調容變壓器的現實數據，并方便查閱它的歷史參數配置，監控中心再對數據進行處理，從而使配電管理系統獲得大量數據，使其高效配置運行，大大提高了管理層的配電效率。根據變壓器技術的特點，該技術適用于季節性負荷變化或晝夜負荷變化的配電站。通過數據收集和事件記錄分析，為負荷轉移技術的推廣和應用積累了寶貴的經驗。

參考文獻：

侯思祖，王亞微，陳超，等.基于GPRS通信技術的配變監控系統設計[J].電力科學與工程，2008，24（10）：45-49.

作者簡介：

張運軍（1978—），男，工程師，本科，從事配電網建設管理工作。