10kV配電變壓器及線路降損節能運行研究

云南電網曲靖羅平供電局 陳長江

1 引言

配電變壓器是電力系統中動能損耗的關鍵部分，在10kV 線損電力系統總損耗中占比相當高，因此，分析配電變壓器動能損壞耗具有重要的意義和效果。在配變的更新改造和運行過程中，需要進一步提升配變的技術更新水平和運行管理，有效減少配電變壓器的線損，保證配電變壓器的可持續性發展[1]。另外，在線損的關鍵技術和管理層面，技術線損主要是指電力能源在運輸全過程中各構件、機器設備的耗能總數，可分成負荷損耗（即銅損，也稱鐵芯損耗）和固定損耗（即鐵損，也稱空載損耗），例如電流量通過變壓器中電阻器所損耗的功率、固定損耗與電力工程傳送中的電壓相關、變壓器中物質電導體所損耗的功率。在具體運行中，電網設備安裝不標準、有關機器設備品質不過關，均會造成大量電網損耗。

2 線路運行中的無功補償現象分析

配電網在運行過程中發生損耗狀況較為廣泛，目前采取的有效措施就是提高功率因數。在變壓器設備和配網線路上安裝適當的無功補償裝置，具有重要的作用。因此，需要電力管理部門人員的高度重視損耗問題，采用合理對策降低損耗，否則將導致大量電能的持續損耗和消耗，給電力管理部門帶來經濟損失[2]。因此，要想真正了解損耗的實際狀況，首先要確立線損無功補償的原因和全過程，測算其總容積以及無功功率的負載值補償，進一步確立補償狀況的具體狀況和實際容積的標值，剖析損耗提升的原因，并以標值為參照，一般按照90%負荷率計算，比較經濟合理，即功率因數控制在0.9～0.95為宜。

圖1 配電變壓器無功補償結構

3 10kV 配電變壓器及線路損耗的主要因素

配變的類型，不同種類變壓器的負荷和功率也不同。目前，主要有高過載電力變壓器、油浸式變壓器、干式變壓器、歐式箱變、美式箱變幾種，油浸式變壓器的結構分解如圖2所示。按變壓器冷卻方式分為油浸式和干式變兩種，這兩種變壓器的作用和運用也有實質差別，前者是較為傳統的變壓器，后者在其根本上做了改善，能夠減少損耗。Po為空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。Pc 為負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比；(并用標準線圈溫度換算值來表示)。負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內產生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產生雜散損耗。變壓器的全損耗ΔP=Po+Pc；變壓器的損耗比=Pc/Po，變壓器的效率=Pz/(Pz+ΔP)，以百分比表示；其中Pz 為變壓器二次側輸出功率。

圖2 油浸式變壓器的結構分解

4 10kV 配電變壓器節能降耗技術分析

4.1 積極使用新材料與新工藝

為了在變壓器并網運行過程做到優良的節能以及降損效果，變壓器制造商需要積極主動應用一些新型材料來減少耗能的效果，現階段關鍵有兩種新式成熟輸電材料：一是無氧銅材料：無氧銅具備極低的含氧量、高導電性、優良的耐腐蝕特性和低溫特性。新型材料能夠合理減少變壓器線圈的線損和內阻，進而達到優良的節能減排運用效果。此外，無氧銅材料的生產加工特性和焊接特性較好，材料容易獲得，生產制造成本也較低。二是非晶合金材料：該新式材料作為目前10kV 配電變壓器中的磁性材料，在運用這種材料制作出來的鐵芯能夠減少配電變壓器的相關空載損耗，可以全面提升10kV 配電變壓器的經濟性。變壓器是一種對新型材料、新加工工藝依靠性較強的電力設備，在制造全過程中采用的導電性材料和絕緣材料對變壓器的特性有較大的影響，而變壓器的制造加工工藝對其品質影響也較大，并且對生產效率起著重要作用。變壓器設計需要運用更現代的3D 設計軟件，例如Creo、Solidworks 等[3]。與此同時，可以運用溫度場和磁場的模擬測算，實現更全面的電氣和結構設計，這也是目前變壓器制造商持續努力應對的技術難題。使用新型材料和新工藝的變壓器結構如圖3所示。

圖3 油浸式變壓器的結構分解

4.2 以配電變壓器的經濟運行方式

在具體應用過程中，配變的耗電電量與很多要素相關，包含配電設備電器的制造材料和加工工藝、配電變壓器的運行方法。其關鍵目的是提升配變的運行方法。但就目前的狀況，傳統的配變運行方法仍普遍運用，由于傳統的配電變壓器運行方法沒有做到科學有效，并且比較落后，造成配電變壓器耗能高。從而未能達到預估的經濟標準。

4.3 自動調壓器

通過剖析配電變壓器的有效損耗與配電網電壓的關系，發現可以通過變壓器的負載分接部位安裝方法和配電網電壓的安裝方法調整配電網的運行電壓，此種方式可以完善電網工作電壓對電網元器件的空載損耗的影響，通過自動分接開關，如變壓器是恒磁通調壓，所加電壓應是相應接電源的分接位置的分接電壓。如是變磁通調壓，因每個分接位置時空載損耗都不相同，必須根據技術條件要求，選取正確的分接位置，施加規定的額定電壓，因為在變磁通調壓時，一次側始終加一個電壓于各個分接位置。一般要求施加電壓的波形必須為近似正弦波形。并可以通過控制板內部實時調整對電網系統的電壓管控，從而可以達到的節能減排的效果，自動調壓器如圖4所示。

圖4 自動調壓器

5 10kV 配網的降損措施分析

5.1 完善健全電網管理制度

在我國電力發展過程中，出現了一些的管理問題。部分技術專責沒有有效的開展相關管理工作，因而，需要在電網運行管理中創建健全的管理規章制度，建立健全的線損指標的考核獎懲機制，確保對每條10kV 線損異常線路進行追蹤管理，嚴格考核，保證事后責任規章制度的合理運行發揮其良好的效果，可以充分調動線損管理人員的工作積極主動性，提升全部電網的運行效率。

5.2 促進三相負荷保持平衡

三相負載是配變運行中的關鍵階段，是影響全部電力系統平穩正常運行較為關鍵的要素，負載的平穩均衡需要得到全面的關注。并且在具體工作過程中，最普遍的電源連接方法是三相四線的連接方法，這種連接方法更加科學、有效以及合理，首先確定配變低壓用戶的數量，測算用戶的負荷情況，將所有低壓用戶均勻分配連接到ABC 三相線路上，使配變三相負載基本平衡，同時可以根據用戶自己的用電量實際需求作出有效的挑選，確保三相負荷保持平衡。

5.3 進行電網運行方式的合理選擇

電網運行方法的有效挑選，不但會影響電網的安全性以及穩定的配電，還會影響電網運行的經濟性。在電網配電設備運行過程中，電壓的運行情況與線損之間的關系成反比，為確保配電網路線中電壓的運行可以在最佳的情況下，在配電變壓器布點方面，盡量做到“小容量、多布點”原則，配電變壓器選擇帶自動調壓裝置，同時合理配置無功補償裝置，隨后進行有效的電壓調節，從而有效地做到較大程度上減少線損的效果。例如，在同電壓等級的同一電網下，應選用閉環控制運行方法，從而有效的降低損耗；在同電壓等級不勻稱性較大的電網下，應選用開環運行方法，從而有效的降低損耗。變壓器制造商還應積極主動應用智能化方式調節電壓運行方法，并且有效的避免遠距離電力工程傳送或繞行。這樣，配電網運行才能夠處在經濟可控性的運行環境下。例如，雞西村某10kV 公變共有用戶50戶，居民全部以生活用電為主，經工作人員多次檢查、測量，最終把問題鎖定在互感器上，因相互感器倍率誤差過大，導致了線損的長期異常。在配電運維搶修班和供電服務及營業班兩個班組的協同下，順利完成了互感器的更換，解決了雞西村的高損問題。

6 10kV 配電變壓器線路降損節能注意事項

在10kV 配變線損降耗節能環節，可能是由于安裝在路線上的并接電容器間距和變電站較遠，為確保10kV 配變在應用過程中達到預估的降損節能效果，可以根據計算合理配置補償點選取配電設備路線較為簡易的補償方式，有效管控配電變壓器線損降損容積和節能補償，補償容積過大，會造成過補償，大量電容器工作在配電變壓器上，這種狀況對電容器的散熱產生較為不利影響，如果處理不合理，會給配電變壓器帶來一定的毀壞，從而嚴重影響其正常的運行。10kV 配電變壓器在減少線損、節能的過程中，還必須合理管控電容器組的容積，一般需要在150kV 范疇內[4]。

7 結語

近年來，隨著我國社會經濟的快速發展，用戶對電能的依賴性也愈來愈高。目前我國10kV 配電變壓器運用較為普遍，但在具體運行過程中，由于配電變壓器布點不合理、無功補償裝置配置不足，用戶側電壓偏低，在一定水平上影響了正常的用電量，還給有關的電力系統帶來較為嚴重的經濟損失。因此，有關變壓器制造商必須進一步提升對配電變壓器節能降耗技術的科學研究；供電部門在配電變壓器布點上盡量按照“小容量、多布點”原則，同時，合理配置無功補償裝置在確保電力系統平穩運行的同時，合理減少其耗能，有效降低電力能源耗損，推動國家電力行業的長期穩定發展。