大型變壓器的節能降耗與經濟運行

摘 要：文章基于智能電網建設背景下，電力系統迅猛發展的實際情況，提出了做好變壓器節能降耗工作的重要性，分析了變壓器能耗的產生，簡介了變壓器能耗的組成，然后重點從實施高能耗變壓器節能改造、優化變壓器運行方式、變壓器負載經濟分配、選用新型節能型變壓器、實施諧波降耗等方面，詳細探討了變壓器的節能技術。

關鍵詞：變壓器；節能降耗；經濟運行

引言

2009年，我國提出建設以“節能、低碳、環保”為特征的堅強智能電網，在此背景下，電網內部設備的節能技術成為研究熱點。大型變壓器在我國國內得到了普及和應用，有必要展開大型變壓器的節能技術研究，探討大型變壓器節能技術。

1 大型變壓器能耗的產生和構成

大型變壓器能耗的產生主要是由自身工作原理所決定的，變壓器的構成主要由一次繞組、二次繞組、鐵芯共同構成，其中繞組是由線圈構成的，當繞組通電后，在電磁感應的影響下，會產生磁通，而磁通會在鐵芯內部流動，這種情況下就會在磁力線上產生電動勢，而電動勢又會通過鐵芯橫截面形成閉合回路，在回路的作用下產生渦流，渦流的產生增加了變壓器的耗損。

變壓器耗損主要包括鐵損和銅損，由于渦流使得變壓器鐵芯溫度升高，進而引起鐵芯發熱，由此產生的變壓器損耗稱為鐵損；而銅損主要是指兩次繞組之間因電阻損耗之和所產生的變壓器損耗。

根據相關數據分析，鐵損、銅損是變壓器損耗的主要原因，變壓器產生損耗70%以上是由這兩種原因引起的，因此要提高變壓器節能，降低損耗，就需要解決變壓器中關于鐵損、銅損的技術性問題。

2 大型變壓器能耗的計算

其中，Q0為變壓器的空載無功損耗（K=kvar），P0為變壓器的空載損耗（kW），PK為變壓器的額定負載損耗（kW），Sn為變壓器的額定容量（kva），？茁為變壓器的平均負載系數。

3 大型變壓器的節能降耗與經濟運行

3.1 實施高能耗變壓器節能改造

想要實現變壓器的節能改造，就需要根據變壓器的工作原理以及內部結構對其進行適當的節能升級。根據變壓器的容量，主要可以通過增容、降容、保容及調容方式進行改造，這種情況主要是根據變壓器容量進行技術調整進而實現節能改造的；另外，可以根據內部結構構造實行技術更新，主要可以采取繞組改制法、全改法以及鐵芯改制法進行技術改造。

3.2 優化變壓器運行方式

首先，要對變壓器的負荷范圍進行統計，并且根據負荷范圍選擇適當的變壓器臺數及容量，這樣可以有效地提高運行效率，而且又能在降低基本電費的同時減少變壓器地損耗，一般情況下，變壓器負載范圍在50%到70%之間時運行效率較高而且損耗低。如果選擇不當，不僅會造成多余損耗，而且會降低運行效率，比如當選擇的變壓器容量過小時，變壓器自身負載就會增加，這種情況下就會增加變壓器的損耗，而當容量過大時，就會造成空耗。因此，要根據變壓器運行負荷范圍選擇合適容量的變壓器及運行臺數，通常情況下，當變壓器的有功損耗最小時，其負荷范圍一般接近50%，這個時候變壓器不僅運行效率最高，而且能耗最小，是最佳的運行狀態。

其次，在變壓器運行優化分析研究中，可以從無功損耗最小、有功損耗最小以及綜合損耗最小三種組合進行優化探討。

3.3 變壓器負載的經濟分配

在負荷率的變化過程中，變壓器地損耗也是有所變化的，一般情況下，變壓器處于低負荷或者空載運行時，其損耗主要為鐵損，而隨著其運行負荷增加，尤其是負荷超過某一范圍時，其負載損耗就會起主導作用，而正常情況下，變壓器都有一個最佳負荷率，在這種運行狀況下，變壓器損耗會降到最低，而其運行效率會達到最高，這個最佳負荷率就是所謂的經濟負荷率。

當然，在變壓器運行過程中，不可能始終保障其處于最佳運行狀態，這個時候就不必強調特定負荷率的穩定，通常情況下，變壓器會有一個經濟運行范圍，只要確保負荷率在此經濟范圍內，就一樣會起到最佳負荷率的作用，能夠最大限度的降低變壓器損耗。通常，保持運行功率在85%—95%之間時，經濟效益能夠達到最高。

想要保持其負荷效率在經濟范圍內運行，可以通過以下幾種方法：（1）要根據負荷范圍選擇適當的變壓器數量及容量。（2）要適量增加小容量變壓器，可以負荷較大的變壓器進行適當調整，為低負荷運行時提供便利。（3）如果變壓器負荷常處于30%以下，那么就需要使用小容量變壓器。（4）要通過對負荷進行調整，確保變壓器運行在經濟區內。

在運用多臺變壓器時，要根據具體情況對變壓器進行合理調整，最大限度地降低損耗。

3.4 選用新型節能型變壓器

想要提高變壓器的運行效率，提高節能效率，其重要的方法就是選擇高效率、低消耗的變壓器，這樣的變壓器不僅能夠有效減少空載時的負載損耗、漏磁損耗、鐵損耗，而且能夠降低繞組所產生地損耗。目前，高效率、低損耗的變壓器主要有非晶合金鐵芯變壓器，這種變壓器主要采用的是非晶核心鐵芯，而非傳統意義上的鐵制鐵芯，這種非晶核心鐵芯一般呈矩形排列，在旁路柱中流過零序磁通，而且磁通并不通過箱體，這樣就不會產生發熱現象，就會降低變壓器的鐵損，鐵損一旦降低，變壓器的能耗自然而然就降低了。

我國目前市場所流通的主要是S9型變壓器，伴隨著我國技術的進一步提升，變壓器正朝著更加節能減耗的S11、S12發展。

在最新研究的S11系列中，此類變壓器在節能降損耗方面比市場目前流通的S9型變壓器在空載情況下能夠降耗30%，承載能力強，空載電流能夠下降40%，具有較好的節能降耗效果。

經過長期的實踐能夠證明，采用最新變壓器雖然在成本上投入較大，但如果常年累積使用，能夠抵得上普通變壓器2年損耗所花費的費用。如果長期使用，就會起到更大的節能降耗作用。再加上普通變壓器維修、損壞所帶來的損失，就更能顯示出最新變壓器的經濟效益。

3.5 實施諧波降耗

變壓器損耗不僅受內在因素的影響，也受外界因素的影響，外界因素主要是諧波的影響，諧波含量越低對其損耗越小，相反含量越高則對變壓器的損耗也就越大，因此有效控制外界諧波的影響也是提高變壓器節能減損的有效途徑。當前，減少諧波的主要措施是在變壓器上安裝消除諧波的消波裝置，也就是濾波器，其運行原理是濾波器會根據信號處理器產生相應的電流補償進而對諧波進行負載補償，可以有效地消除諧波對變壓器的影響，一般情況下，通過濾波器能夠減少10%以上地損耗，進而提高變壓器的節能降耗。

4 結束語

大型變壓器的節能降耗與經濟運行是一個復雜的系統工程，針對影響變壓器能耗的因素來探討減損措施，有利于提升電力系統內電力變壓器的整體運行效益。在實際工作開展中，還有很多具體的問題尚待廣大電力系統技術人員的共同努力，以推動變壓器節能減排，提升電力系統整體運行水平，推動智能電網發展。

參考文獻

[1]李關定，周佃民，張華，等.配電變壓器節能淺析[J].上海節能，2012，3（11）：66-68.

[2]張笠.再談配電變壓器節能和容量優化[J].建筑電氣，2010，6（1）：34-36.

[3]李紅生.配電變壓器節能運行方式的探討[J].福建能源開發與節約，2012，34（3）：6-8.