節能技術在電力變壓器設計中的應用

弓耀波

玉門油田分公司乍得有限責任公司，甘肅酒泉，735000

0 引言

為加快國家經濟發展速度，我國電網建設進程的推進越來越深入，各個地區電網建設項目逐漸增多，但由于電能需求量的日益增大，電能損耗問題也越來越嚴重，在這種損耗中，電力變壓器的損耗影響頗大，所以應該合理制定變壓器的節能措施。在電力變壓器設計中，加強對節能技術的應用，在確保設備運行穩定性、安全性的基礎上，增強電力變壓器的節能性和經濟性，延長設備的使用年限。

1 電力變壓器概述

電力變壓器主要是將電磁感應作為工作原理，具體如圖1所示，兩邊為高壓和低壓繞組，原繞組連接電源，副繞組連接負載。W1為原繞組的匝數，W2代表副繞組的匝數，兩繞組之間沒有電方面的聯系，只有磁的耦合。結合圖1可看出，將一個正弦交流電壓u1加在變壓器的一次繞組兩端，導線中將會產生交變電流i1以及交變磁通Φ，Φ沿著鐵心穿過一次和二次繞組，最終形成閉合磁路。因為電磁感應在二次繞組中感應出互感電勢 2σφ，一次繞組中感應出自感應電動勢 1σφ，在此種情況下，將負載接入變壓器的二次側，二次繞組會產生電流i2，它的端電壓u2屬于變壓器的輸出電壓，最終實現電能的快速傳遞。在實際中，因為變壓器繞組的阻值較小，所以本身的壓降也很小，僅考慮大小的情況下。由于變壓器一、二次側的電壓比等于一、二繞組的匝數比，因此只要一、二次繞組的匝數比不等于1，便能達到變壓的目的。如果一、二次側的繞組匝數比大于1，屬于降壓作用，相反為升壓作用[1]。

變壓器對電能的變化會對功率的傳輸產生很大影響，發展前景廣闊。通過分析表1明確，輸送的功率與電網的電壓等級有極為緊密的聯系，

二者之間成正比例關系。在電能傳輸過程中，電壓在不同條件下，能實現降壓或者升壓，不僅滿足了人們的使用需求，也讓設備的運行更加穩定，有助于設備經濟性和安全性的提高。

表1 各種額定電壓等級電網的輸送功率和輸送距離

2 電力變壓器損耗情況分析

導致電力變壓器運行過程中出現損耗的因素有很多，比較常見的主要有兩種，一種為有功損耗，另一種為無功損耗。變壓器在實際運行過程中，所形成的損耗為有功損耗，這種損耗通常分為銅損和鐵損兩種。鐵損是指電力變壓器在正常運行階段鐵芯出現發熱問題。這種功能損耗是將熱能擴散，如若情況嚴重，會影響電力變壓器的運行效率，干擾工作的正常開展。銅損是指變壓器在實際運行時，線圈電阻有損耗情況出現，諸如電流通過線圈電阻時，由于發散的熱量較多，使得能量生成，在這種條件下，部分電能會轉變為熱能，最終出現能量的大量消耗，給設備的運行穩定性和安全性造成較大干擾[2]。

3 節能技術在電力變壓器設計中的應用思路

3.1 利用新型材料與工藝降低能耗

在利用節能技術進行電力變壓器設計過程中，可以加強對新型材料和工藝的利用，保證實現能源損耗全面降低的目的。

（1）及時更換導線。在對電力變壓器設計期間，線路設計至關重要，可以說，線路的選擇會直接關系到后續的設備能耗。因此為減小能耗，應該加強對新型材料的使用。在線路設計中的應用較為廣泛，該材料可以在一定程度上降低變壓器線圈內阻，能有效規避電力變壓器中的損耗問題，達到節約變壓器損耗的目的。現階段，應用較為普遍的高溫超導配電壓器便是使用了無氧銅超導線材，不僅提升了電力變壓器運行效率，也實現了從整體降低損耗的目標。

（2）加強對電力變壓器磁體材料的優化和改進。現階段，電力變壓器對非晶合金材料的應用比較普遍，可以使變壓器達到消磁的效果，有利于電力變壓器運行穩定性和可靠性[3]。

（3）加強對新結構的布置。當前的電力變壓器設計以及研究主要從兩方面展開，分別為新型繞組結構以及新型線圈布置。需要對以往繞組結構綜合考量，因為傳統結構的諧波抗干擾能力較差，再加上運行過程中損耗很大，所以在設計期間，應該加強創新與優化，將電力變壓器的實際情況作為基礎，依照等級的不同，有側重點地選擇與利用繞組結構。通過使用自粘型的換位導線，讓電力變壓器漏磁導線的問題得到有效管控。通過使用這種方式，不僅可以使電力變壓器的運行效益整體提高，還可以增強電力變壓器運行穩定性、安全性以及可靠性。對于新型線圈的布置，主要是利用橫向或者縱向的方式對電力變壓器中的線圈合理布置，保證電力變壓器運行期間的損耗程度能徹底降低[4]。

3.2 改善經濟運行方式

在電力變壓器設計以及實施期間，除了要保證應用的材料以及工藝合理之外，也要改善經濟運行方式。與以往的電力變壓器相比，合理應用無功補償方式，能使電力變壓器達到節能的效果。對電力變壓器實施無功補償，主要體現在兩方面。一方面，集中補償無功變壓器。在實際操作期間，主要將并聯電容器安裝在高低壓配電線路上。另一方面，分組補償。所謂的分組補償，具體是在配電變壓器上合理安裝變壓器中的并聯補償電容器。借助這兩種形式，不僅使電力變壓器的節能降耗水平得以提高，而且有利于電力變壓器輸送功率的增加[5]。

4 節能技術在電力變壓器設計中的應用對策

4.1 降噪技術的應用

電力變壓器在實際運行階段，噪聲問題出現頻率較高，諸如冷卻、機械等噪音。噪聲產生的途徑有很多，例如機械噪音，是設備在運行期間內部鋼片與框架出現振動問題產生的。設備實際運行階段，內部鋼片受到磁力的影響，導致機構發生振動現象，隨著不同介質傳播到物體中，設備的噪聲越來越嚴重。冷卻噪音主要與承接系統的運行有關，各設備在運行期間，諸如風扇機構、冷卻機構等，在頻繁的震動下會產生噪聲。機構在運行期間，經常會發生周期性或者無規則性震動，如若不能及時處理，便會產生噪聲污染。結合這兩種噪聲形式，在利用節能技術展開設計時，首先要加強對節能降噪技術的使用，依照電力變壓器的具體設計要求，從不同層面和角度考量，增強設計的合理性、經濟性以及節能性。

（1）及時更換變壓器內部原有鋼片，整體增強介質部件的密度，保證電力變壓器裝置會不受到電磁干擾。在電力變壓器設計過程中，選擇的材料要具有較強的導磁特點，借助變壓器內部固件的電磁作用，降低材料的伸縮系數，提高部件運行的穩定性和可靠性，避免出現共振問題。

（2）隔離電力變壓器內部導振部件，切除噪音的傳染源，以便噪音在傳播時能得到及時阻攔。在設計電力變壓器時，可以在裝置內的重要部位增加橡膠墊片，諸如鋼板、鐵芯等，保證整個裝置可以具有良好的抗震性，為裝置安全、穩定、可靠的運行打下良好基礎。當然，還應該明確電力變壓器內部的各個機械構件位置，系統且精準地對不同噪聲源展開分析，掌握噪聲源在傳播過程中的浮動系數，采取科學的方式進行處理，以此提高電力變壓器運行節能性和環保性，提升設計的水平和有效性。

4.2 降損技術的應用

電力變壓器在工作期間，由于應用的功率較大，所以會出現損耗問題。運轉期間，由于設備運行狀態存在差異，使得設備運轉存在諸多問題，但一般來說，主要是由于電氣設備本身操作過程的不正常引起的，包括機械部分的影響、結構布局和電磁干擾等。所以，從降損方面考慮，在開展電力變壓器設計期間，可以將重點放在關注空載與負荷兩種運轉情況。變壓器在實際運行過程中，要想在空載工作的基礎上達到節能降耗的目的，首先要改善電壓器的結構，合理設計。也可以采取改變變壓器連接對接角度的方式，將原本的90°改成45°，對角度的合理調整，能讓變壓器實現節能損耗的目的。還可以采用五級接法連接鐵芯的焊縫處，達到減少能耗的目的。通過采用這種方法，能夠使變壓器內部各個元件的熔接聯合程度得以改善，使變壓器達到最小化的功率損失。在電力變壓器設計期間，利用改變傳統變壓器閉合加緊的形式也能實現降耗的效果。應用扎帶法對變壓器中的組成部分進行捆綁，并通過這種方式，使電力變壓器在運行過程中，整體能源損耗降低，避免因為擊穿問題的發生導致變壓器出現變形現象。在此期間，必須注意到變壓器的磁通密度，充分考慮好現實的經濟成本，使得變壓器在空載工作的狀況下，損耗率與磁密之間的關系始終處在合理狀態，以此對因為變壓器的磁密而引發的經濟運行耗能加以優化。在電力變壓器工作過程中，內部的組裝必須具有較強的完整性，保證變壓器能平穩運行，減少剮蹭等問題產生的影響[6]。

4.3 溫控技術的應用

電力變壓器在運行過程中，由于運轉時間較長，所以內部結構組件會發生不同程度的變化，再加上長期磨損，組件之間的溫度會逐漸升高，最終超過系統既定范圍值，整個設備的使用壽命便會縮短，資源損耗度將嚴重增加。因此在進行電力變壓器設計期間，可以采取對溫度有效降低的方式，讓裝置內的系統溫度發生改變，保證最終的溫度可以和裝置的運行指標吻合。通過對這種方式的有效利用，除了能促進電力變壓器整體使用年限的延長之外，也有利于變壓器運行效率的提高，真正達到設備運行節能降耗的目的。簡而言之，可以圍繞繞組的熱驅特點，加強對溫度的控制，嚴格依照標準和原則展開，合理分析設備的運行狀態，借助溫控技術對設備的運行情況進行模擬仿真，將變壓器系統裝置工作中形成的數據變動值精確反映出來，從而測算出在各種狀況下整個系統內在工作溫度和結構損壞程度相互之間的線性關聯，并提出與之相符的處理對策，促進設備使用壽命的提升，增強設備運行質量和效果。在此階段，充分利用先進技術手段，諸如磁屏蔽技術、物理降溫技術等，保證磁通現象能徹底規避，從根源解決局部發熱的問題，為變壓器的正常運行提供基礎[7]。

4.4 油替技術的應用

電力變壓器在正常工作過程中，利用油替技術，有助于電力變壓器絕緣隔離效果的增強，能讓設備的運行始終處于穩定狀態。結合我國現階段配電變壓器應用的技術標準來看，絕緣類介質燃點通常低于340℃，基于這一等級，電力變壓器很難發生火災事故。而油替技術就能夠達到這一特質，由于油氣技術具有很大的生物降解效率，可在25日之內實現95%的生物降解，該類物質和礦類物質相比，生成的污染更小。通過對油替技術的合理應用，電力變壓器在設計過程中，可以干預感應電磁場，讓電力變壓器的交流電場始終處于均勻分布的狀態。結合相關實驗研究得知，油替技術與傳統的技術相比，在使用過程中具有良好的穩定性，除了能讓電力變壓器的損耗整體降低之外，也有利于電力變壓器運行穩定性和安全性的提升。電力變壓器在日常工作過程中，應該從不同層面分析，依照具體工作狀態，綜合研究和考量，保證所選擇的油替技術能更為科學，針對性更強，促進設計有效性的提高，為變壓器運行節能目標的實現提供技術支持。

5 結語

綜合而言，隨著環保理念的全面落實，再加上社會發展需求的不斷增大，電力變壓器的應用越來越廣泛，所以在實際設計環節，必須加強對節能的重視，結合當前電力變壓器的具體運行情況，有針對性地優化功能設計，合理利用節能技術，保證電力變壓器設計的環保性、經濟性、實用性能整體提高。