配電變壓器的節能研究與探討

朱濱 張國權

摘要：配電變壓器是應用最廣泛的電力基礎設施，它的數量比較繁多，對于節能減排有十分重要的意義。提高建筑變壓器的性能、降低電能損耗是實現提高供電效率的重要工作，也是降低企業的成本、提高經濟效益的方法，本文主要對配電變壓器的節能技術進行研究。

關鍵詞：配電變壓器；節能

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—158—02

前言

在電力系統中，變壓器是生產過程中的主要設備，由于變壓器數量多，容量大，總損耗很大。據估算，我國變壓器的總損耗占總發電量的10%左右，占整個電力系統損耗的30%左右，如變壓器損耗每降低1%，每年全國就可節約電量上百億kWh。因此，做好變壓器的節能管理工作是建設節約型供電企業的一個重要手段。

1配電變壓器的發展與結構

1.1配電變壓器的發展

配變壓器是交流輸電、變電、配電過程中主要設備。1831年，英國科學家法拉第根據電磁感應現象，提出利用互感改變電壓設想。1851年，列姆勒夫發明的感應線圈就是變壓器的雛形。1885年，匈牙利科學家研制了世界第一臺工業變壓器。變壓器按用途可分為：電力變壓器和特種變壓器兩大類。按調壓方式可分為：激磁調壓和有載調壓變壓器兩種。配電變壓器是電力系統的核心組成部分，它的性能直接影響著整個電力系統運行質量和整體能耗。與西方發達國家相比我國電力變壓器技術起步較晚，1971年才能自制造，且技術手段落后于歐美三十年。當時我國配電變壓器主要模仿蘇聯。六十年代中國研制的配電變壓器屬于高能耗變壓器，技術落后。八十年代的S7、S9系列能耗平均下降三分之一，與西方技術差距明顯縮短。九十年代，開發的新型節能配電變壓器，其空載損耗降低百分之十。但近些年隨著電網建設規模的擴大，發電機組容量的增大，輸電電壓的提高，配電變壓器能耗問題日益突出。

1.2變壓器的基本結構

配電變壓器的基本構成部分是：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其它附件等。其中主要的構件是：鐵心和繞組。鐵心影響著整個配電變壓器性能，由磁導率很高的硅鋼片制成，硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，但由于熱軋硅鋼片性能不理想，現今幾乎已很少使用。冷軋硅鋼片又分為：無取向和取向兩種，其中取向冷軋硅鋼片有明顯的方向性，即沿著軋制方向的磁性能好，目前大多配電變壓器采用這種材料。繞組是由截面為圓形，扁形的鋼，鋁導線繞制而成，主要形式有：層式和餅式兩種形式，可分為：高壓繞組與低壓繞組。按照電源關聯性和分為：原繞組與副繞組，當改變原副繞組的匝數時即可改變副繞組的電壓。如果按變壓器鐵心和繞組的配置來給配電變壓器分類，可為心式和殼式兩種。

2配電變壓器的損耗現狀

目前，我國用電量的百分之八十由火力發電供應，但火力發電污染問題十分突出，這些污染物的排放是造成酸雨的主要原因，對人、畜、莊稼都有極大危害，更會引起臭氧層破壞。為配電變壓器損耗所提供的電能將再次加重大氣污染，增加了污染物排放量，增加電力運營成本，當前配電變壓器是電力系統主要損耗設備，可見配電變壓器節能的重要性。配電變壓器節能不僅能減輕環境污染，還能降低供配電成本，促進綠色電力的實現。配電變壓器損耗嚴重影響著整個電力系統安全性、可靠性、環保性、經濟性，想要保障電力系統的社會效益、經濟效益、環境效益，必須做好配電變壓器節能改造。目前我國電力節能現狀并不理想，電網損耗占總損耗百分之七，配電變壓器損耗則占到了百分之六十左右，可見電力損耗的嚴重性。配電變壓器損耗可分為：銅損與鐵損兩大類，不同類型的損耗又分為：附加損耗與基本損耗。負載損耗就是最主要的銅損耗，而空載損耗是主要的鐵損耗。總損耗就是鐵損耗與銅損耗之和。相關統計數據顯示，目前中國配電變壓器每年造成的電能損耗將近四百五十億千萬時，已達到中國全國總發電量的百分之三點四，這不僅給電力企業帶來了損失，更浪費了資源，造成了環境污染。雖然近些年，我國大力投資進行電網改造，但比較資金有限，且當前許多配電變壓器仍有較長使用年限，如果統一全部更換成本較高，所以很多地區依然在使用高能耗配電變壓器，因此整體電力節能效果并不理想。進行配電變壓器節能改造，提高電能利用率勢在必行。

3配電變壓器的節能措施

3.1新材料的應用和新工藝的改進

目前我國在配電變壓器上主要采用鋁合金或者鋼鐵，這種材料易腐蝕，電阻大，嚴重的消耗了電能。在這種現實情況下，可以采用新型的材料來降低能耗，目前主要有兩種材料比較受歡迎。第一，采用無氧銅材料可以有效的降低配電變壓器的線圈的內阻，實現節能降耗的目的。而且無氧銅材料還具有加工工藝簡便，取材方便、成本低的特點，同時還有利于配電變壓器抵抗短路的能力。第二，采用非晶體合金材料作為配電變壓器的磁體材料。非晶體合金材料制作的鐵芯可以有效降低電磁能的損耗，從而提高配電變壓器的經濟性。

目前配電變壓器的制造工藝還是采用傳統的工藝，要想實現大幅度的節能降耗，就必須采用新工藝來設計制造變壓器。可以通過現代化的電子計算機技術進行數控加工，這樣不僅可以實現加工零件的精度控制，更可以提高配電變壓器的性能，優化內部結構。以目前的現狀來看，零件的加工精度已經達到了0.14mm，這樣可以大大降低配電變壓器在運行過程中的空載損耗。另外，還可以通過優化配電變壓器的布局來降低電能損耗。目前我國主要是采用新型的線圈布置方式，這種布置方式可以有效較小渦流的大小，達到降低損耗的目的。還有一種就是采用新型繞組結構，主要是采用自粘型換位導線控制漏磁現象，進而實現節能降耗。

3.2自動調壓器

由配電變壓器的有用損耗與配電網的電壓的關系式可知，可以通過變壓器的負載分接頭檔位安裝對應補償電容器的技術手段來適量的優化和調整配電網的運行電壓。自動調壓器是一種根據工程實際，可以根據配電變壓器的實際輸入電壓值自動調節配電系統的內部電壓值，同時保證整個配電系統電壓輸入穩定。自動調壓器實際上就是利用三相耦合變壓器，使輸入電壓值在正常值的3%內自動調節，利用內部相應控制器對整個系統的電壓進行實時控制，實現最大量的節能降耗。實驗表明，當配電變壓器的運行電壓達到配電系統電壓值的6%時，隨著比例的增加，內部的鐵損也會大大增加。所以配電變壓器在實際運行的過程中，通過相應的設備控制來避免配電變壓器的電壓值過大，正常的情況下采用上述的自動調壓器。

3.3以配電變壓器的經濟運行方式

配電變壓器的能耗不僅與配電器的制造材料、加工工藝等有關，而且還和配電變壓器的運行方式有很大的關系。因此優化配電變壓器的運行方式具有現實的意義。我國目前采用的仍然是傳統的配電變壓器的運行方式，這種傳統的變壓器的運行方式不夠合理，導致了變壓器的運行能耗很高，達不到經濟性的要求。為了解決運行方式的不合理性，本文提供了一個可行的措施，這種措施在實際的應用中，已經得到了證實。在實際配電系統中，可以采用無功耗補償的方式。具體措施為，在配電系統中安裝并聯變壓器無功補償元件，這樣可以提供感性負載所消耗的無功功率。常用的方式還包括，一是配電變壓器的分組補償，在低壓安裝并聯無功耗元器件。二是采取先進的技術手段保持變壓器運行時三項符合長期處于平衡的工作狀況。

3.4確定變壓器間負載的經濟分配

進過點差可以發現，變壓器在運行條件不變的情況下，各負載的所分擔的電壓是不同的，導致了變壓器的有功損耗和無功損耗有很大的差別。因此有必要在配電變壓器正常運行的基礎上對負載量進行重新分配，使各負載在最優電壓下工作，是配電系統的功耗降到最低，達到配電變壓器的節能降耗。

3.5改進配電變壓器的三相負荷

降低配電變壓器運行損耗一個重要技術手段就是通過調整三相負荷的平衡性使配電變壓器基本處于平衡。在實際配電變壓器中，當三相負荷不平衡時，會導致負序電壓，使系統電壓發生波動，因此也影響了配電系統的能耗。配電變壓器三相不平衡時，不僅增加了自身的能耗，還會增加線路的損耗，因此必須要進行三相電的平衡。目前主要采取以下措施來實現三相平衡：配電變壓器盡可能選擇在負荷的中心位置。目前在我國，還不夠重視三相電的平衡的研究，要彌補這種缺陷就必須加大對三相電平衡的研究力度，盡快實施到配電變壓器中，這是一個行之有效的方法。

4結語

電能對現代社會發展進步有著重要影響，人類世界已離不開電能，想要實現電力節能，配電變壓器節能勢在必行！電力工程建設中應將電力節能考慮在內，做好配電變壓器選型，合理設計分布位置。