石河子電網配電變壓器節能降耗措施的探討

（石河子電力調度中心，石河子市，832000） 王登年

一般說來，從發電到用電需要經過3～5次的電壓變換過程，其中產生的電能損耗約占發電量的10%。尤其在配電網中“小容量、密布點、短半徑”的布置原則使得配電變壓器的數量和總容量非常龐大，在配電網線中配電變壓器損耗占了近一半以上。主要從配變損耗增大原因及在變壓器的選型、配置、運行方式、無功補償和管理等幾個方面探討了變壓器的節能降耗措施。

1 變壓器的損耗分析

變壓器運行時從電網吸收功率，其中很小一部分消耗在原繞組的電阻和鐵心上。其余部分通過電磁感應傳給副繞組，副繞組獲得的電磁功率又有很小一部分消耗在副繞組的電阻上，其余的傳給負載。其中消耗在電阻上的叫銅損，消耗在鐵心上的叫鐵損。變壓器的損耗就包括鐵損和銅損。鐵損與鐵芯的材質有關，與負荷大小無關，其值基本上是固定的；銅損與變壓器的負載密切相關，近似與負荷電流的平方成正比。

2 影響變壓器損耗的內部原因

2.1 鐵心材質及結構對變壓器損耗的影響

常用的變壓器鐵芯一般都是用硅鋼片制造的。硅鋼是一種含硅(硅也稱矽)的鋼，其含硅量在0.8～4.8%。由硅鋼做變壓器的鐵芯，是因為硅鋼本身是一種導磁能力很強的磁性物質，在通電線圈中，它可以產生較大的磁感應強度，從而可以使變壓器的體積縮小。20世紀70年代，出現了新的節能型變壓器，非晶合金材質的變壓器。非晶合金具有高飽和磁感應強度（1.54T），磁導率、激磁電流和鐵損等各方面都優于硅鋼片的特點，特別是鐵損低（為取向硅鋼片的1/3～1/5），代替硅鋼做配電變壓器可節能60～70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應用于配電變壓器、大功率開關電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合于10kHz以下頻率使用。另一方面，鐵芯的結構對變壓器的損耗也有較大影響，傳統變壓器一般均為疊鐵芯，由鐵芯疊裝而成。與之對應的卷鐵芯的形式較多。漸開線鐵芯的心柱與鐵軛之間氣隙較大，影響空載電流，所以容量不能做的太小；但因漏磁通垂直進入鐵芯片平面，影響附加損耗，所以片寬不宜過大，即容量不能太大。

2.2 制造工藝對變壓器損耗的影響

空載損耗雖然只占變壓器總損耗的20～30%，但它不是隨負載變化而變化的損耗。對于年最大負載利用小時較低的中小型變壓器來說，降低空載損耗的意義更為重大。要降低空載損耗，則降低工藝系數也是不可忽視的一個問題。當硅鋼片一定時，單位損耗一定，而降低鐵心質量時，磁通密度增大，單位損耗成二次方的增大，空載損耗反而上升，所以只能降低工藝系數。設計中應將繞組安匝調整得很平衡，控制了繞組的漏磁通。這就降低了油箱等結構件中的雜散損耗；在變壓器油箱上還采用波紋油箱代替管式散熱器，從而體改了散熱效率；鐵軛絕緣采用整體絕緣，繞組出頭和外表加強綁扎，對繞組繞制尺寸加以嚴格規定，這些都有助于降低變壓器損耗。

2.3 溫度過高

電力變壓器的溫升每超過8℃，壽命將減少一半。如果它的運行溫度超過變壓器繞組絕緣允許的范圍，絕緣迅速老化，甚至使繞組擊穿，燒毀變壓器。所以要降低電力變壓器運行溫度實現節能。

2.4 負荷分配不合理，三相電流不平衡

城市地區，很多配變同時接帶動力與照明負荷，勢必導致變壓器三相負荷不平衡。原則上，三相不平衡會產生負序電流，負序電流最大不能超過正序電流的5%，否則損耗將加大。

2.5 供電區域劃分不明確

市區配電設備異動較為頻繁，配變接帶負荷的隨意性很大，供電負荷缺乏合理分區，同一區域內，部分配變長期重載，而周圍鄰近變壓器由基本處于空載，造成配電變壓器負載率分配不合理。當負載太小時，變壓器無功損耗加大，功率因數變差；當變壓器過負荷運行時，會造成變壓器過熱，且有功損耗加大。一般情況下，電力變壓器運行的負載在60～70%Se時處于理想狀態，此時變壓器損耗較小，運行費用較低。

2.6 供電半徑過大

按照運行規程及設計規程要求，配電變壓器應設置在負荷中心，供電半徑不大于500m，但實際運行中，有部分變壓器供電半徑接近或超過了500m，特別是針對新疆較為落后的農村地區，地廣人稀的本地特色使得部分供電線路最遠的達到了1 000m以上，夏季農灌時節，末端電壓過低，設備啟動困難，影響農業發展。

3 建設性措施

3.1 科學合理選擇設備型號，加快高能耗變壓器更新改造

2015年8月13日，工業和信息化部、質檢總局和發展改革委聯合發布《配電變壓器能效提升計劃》，該計劃的目標是預計到2017年，累計推廣高效配電變壓器6億千伏安，實現年節電94億千瓦時。為積極響應國家政策，近年來，石河子電網開始對中低壓配電網內的高耗能變壓器進行了摸底排查，并計劃用三年的時間，分批次將現有的S9型高耗能變壓器全部更換為最新的S13型節能變壓器。此舉措所帶來的節能效益是非常可觀的，且有利于增強配網運行的可靠性。

3.2 合理選擇變壓器容量及安裝地點

一般來說，電力變壓器的空載損耗和負載損耗之比大約在1/4～1/3之間，因此，當變壓器負載率在50～70%時，變壓器的運行效率最高。故應根據配變所供負荷的特點，計算負荷變化的范圍，在同時考慮技術和經濟兩因素的前提下，合理地配置變壓器的容量及臺數，這樣既可減少基本電費，提高運行效率，又能降低變壓器損耗；另一方面，依照《城市中低壓配電網改造技術導則》，宜將供電半徑控制在以下范圍：A類供電區為150m，B類供電區為250m，C類供電區為400m，以確保末端電壓達到規程要求。且配電布線宜呈網狀結構，應盡量避免采用鏈狀或樹狀結構，盡可能將變壓器安裝位置深入負荷中心。

3.3 嚴格把控入網關

雖然近幾年制造技術的不斷創新，使得產品的結構逐步多樣化、但是變壓器生產廠商技術水平、生產工藝參差不齊，導致生產出來的新變壓器性能參數不一定達到技術條件，主要表現為變壓器空載損耗較大。如果此類變壓器大量入網，必定增加損耗。因此，供電部門在投運前一定要對變壓器的參數進行全面檢測。

3.4 合理調整變壓器運行方式

3.4.1 建立負荷不平衡運行管理

不平衡電流的存在，不僅增加了變壓器損耗，也增加了低壓線路損耗，目前，供電部門已采購12套臺區檢測裝置，開展試點。通過變臺上安裝的在線檢測裝置，將采集的信息通過無線傳輸方式發送至云端平臺，供電部門定期對數據對比分析后，對變壓器低壓側的負荷重新進行合理分配。所以，建議相關單位應建立不平衡度考核制度，高度重視不平衡度調整工作，應定期測量變壓器三相負荷，及時調整負荷接入方式，力求變壓器三相電流平衡。

3.4.2 優化變壓器運行

由于變壓器并聯運行有很多優點，所以大型企業一般都有多臺變壓器同時運行。在運行中根據實際負荷大小安排變壓器臺數，合理分配負荷，將有效地降低企業的電能損耗和運行成本。對于低壓側存在聯絡關系的系統，只需通過操作低壓開關即可實現運行方式的轉換，相比之下，單純新增或更換變壓器不僅工作量大，而且經濟性不高，甚至在較多情況下效果還不如低壓側聯絡的方式。在低壓配變之間距離較近時，可在規劃配變時增加低壓側聯絡線路，在同時考慮供電可靠性和經濟性的情況下，選擇合理線徑的低壓聯絡線，這種方式尤其適用于負荷季節性明顯農村住宅供電和市區供暖換熱站。

3.4.3 合理調整變壓器電壓

變壓器的空載損耗和運行電壓的平方成正比，負載損耗和運行電壓的平方成反比。變壓器在額定電壓下運行，以其產生的損耗為基準，通過調整變壓器分接開關，使其運行電壓在1.07～0.95U范圍內。運行實踐表明:當變壓器處于輕載或空載運行，運行電壓必然要升高，此時空載損耗占主導地位，因此必須通過調整分接開關，降低輸入電壓，這不僅可保證供電電壓質量，而且還有利于降低空載損耗；反之，在供電高峰期變壓器處于滿載運行，其運行電壓必然下降，此時負載損耗占主導地位。必要時，在供電半徑較長的線路上安裝分散的無功補償裝置，來調整配變電壓。

3.5 采用無功補償提高功率因數

配電變壓器的效率不僅隨著輸送有功功率的變化而變化，還隨著負荷功率因數的變化而變化，通常功率因數低時，變壓器效率相應地也降低。對于變壓器進行無功補償，提高其功率因數，可以大大減少無功功率在變壓器上的傳輸，從而減少變壓器上的損耗。這種方法節能效果顯著，通常會在功率因數較低時采用。此外，無功功率補償還可降低高壓電網的線損，提高變壓器的負載能力，并改善用戶的電壓質量。建議對于容量較大的變壓器均裝設無功自動補償裝置。

3.6 加強配變的管理

隨著石河子城市規模的逐步擴大，配變規模也在增大，這些配變的型號、容量和運行狀態各不相同，在實際工作中應加強如下幾個方面的管理。①定期開展配變資產清查工作，清理高能耗和運行時間長的重損配變，并及時進行更換。②加強配變運行數據的管理，掌握配變負載率的發展趨勢，整理出過載配變和即將過載的配變，制定相應的方案并做好設計，及時在配網規劃中立項實施改造。③對于為解決重、過載而新增的配變，應合理設置其布點，在緩解配變重、過載的同時減小低壓供電半徑。

4 結束語

總之，節能措施涵蓋在變壓器生產、使用、運行等各個方面，變壓器在節能降耗的方面，具有很大的節能潛力。應合理選用、配置、管理配電變壓器。隨著電力負荷的增長，配變的數量和容量也逐步增加，除了在工藝上采用新型節能材料、在規劃運行時降低變壓器損耗之外，還必須加強配變的管理，充分挖掘配變降損措施。