低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究

婁金飛

[摘 ? ?要]低壓配電變壓器是我國(guó)電網(wǎng)中重要的電力設(shè)備，其數(shù)量繁多，是保證電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性的關(guān)鍵，整體電能消耗較大。隨著節(jié)能理念在我國(guó)電力事業(yè)廣泛推廣，我國(guó)對(duì)低壓配電變壓器節(jié)能技術(shù)的研究也進(jìn)入到了一個(gè)新的階段，如何降低配電變壓器能耗成為電力事業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵方向之一。基于此，對(duì)現(xiàn)有配電變壓器運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行了分析，并對(duì)變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了針對(duì)性探討。

[關(guān)鍵詞]低壓配電變壓器;節(jié)能;關(guān)鍵技術(shù)

[中圖分類號(hào)]TM63 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]Low voltage distribution transformer is an important power equipment in China's power grid， its quantity is numerous， it is the key to ensure the stability of power grid operation， and the overall power consumption is large. With the wide promotion of energy saving concept in China's electric power industry， the research on energy saving technology of low-voltage distribution transformers in China has also entered a new stage. How to reduce the energy consumption of distribution transformers has become one of the key directions in the development of power industry. Based on this， this paper attempts to analyze the operating characteristics of existing distribution transformers， and discusses the key technologies of transformer energy saving.

[Keywords]low voltage distribution transformer; energy saving; key technology

在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，變壓器發(fā)揮了不可替代的作用，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)中不同電壓等級(jí)電能間的相互轉(zhuǎn)化，在我國(guó)電能生產(chǎn)以及輸送中廣泛應(yīng)用。對(duì)于變壓器設(shè)備來(lái)說(shuō)，在電力系統(tǒng)中的分布非常廣泛，數(shù)量極多，無(wú)論是發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)還是各用電環(huán)節(jié)中都會(huì)在不同程度上應(yīng)用到變壓器設(shè)備。目前，變壓器的容量通常是發(fā)電容量的4～6倍，這也就決定了變壓器必須是一個(gè)高效能的設(shè)備，這樣才能使其在電網(wǎng)中的關(guān)鍵作用得到有效發(fā)揮。但與此同時(shí)，變壓器也是一個(gè)高效能的設(shè)備，再加上其在配電網(wǎng)中的分布數(shù)量極多，自身容量較大，其總耗能情況已經(jīng)達(dá)到了發(fā)電量的10%甚至更多，這也就意味著我國(guó)每年變壓器所消耗的電能幾乎是一個(gè)天文數(shù)字，已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)大型電力系統(tǒng)的發(fā)電量。因此，對(duì)現(xiàn)有配置進(jìn)行節(jié)能優(yōu)化是非常重要的，這也是現(xiàn)階段我國(guó)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要舉措。

1 低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，變壓器在我國(guó)配電網(wǎng)中的應(yīng)用非常廣泛，電能耗損較大，應(yīng)用新型節(jié)能變壓器降低變壓器整體耗損已經(jīng)成為了我國(guó)配電網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的重要方向。整體來(lái)看，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)中變壓器耗能情況的有效優(yōu)化控制，進(jìn)而提升變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性，我國(guó)已經(jīng)對(duì)變壓器的電磁原理有了更加深入的研究，開始嘗試?yán)米儔浩魅萘颗c其耗損之間的關(guān)系來(lái)對(duì)變壓器耗能情況進(jìn)行控制，這樣也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)整體運(yùn)行成本的控制。世界各國(guó)對(duì)于變壓器節(jié)能優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)的重視程度越來(lái)越高，日本、美國(guó)、德國(guó)等在此方面的研究一直走在世界前列。例如，美國(guó)已經(jīng)將非晶合金在配電網(wǎng)變壓器中的應(yīng)用全面落實(shí)，早在2000年左右，美國(guó)的非晶合金變壓器已占配電變壓器總數(shù)的25%左右，經(jīng)過(guò)20 a來(lái)的不斷研究探索，美國(guó)已經(jīng)成為了非晶合金變壓器研究開發(fā)最深入的國(guó)家。我國(guó)對(duì)于配電網(wǎng)變壓器的研究雖然已經(jīng)經(jīng)歷了幾個(gè)階段，但是整體來(lái)看，其在節(jié)能方面的研究尚且不夠深入，對(duì)于節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)的重視程度并不高，缺少有價(jià)值的理論以及實(shí)驗(yàn)研究成果，相關(guān)文獻(xiàn)研究往往也較為淺顯，不能夠直接作為開展實(shí)踐的理論基礎(chǔ)。從1998年開始，我國(guó)政府帶頭開展了全國(guó)聯(lián)網(wǎng)改造工作，用S9系列變壓器全面取代了S7系列變壓器，與此同時(shí)也開發(fā)了其他的節(jié)能產(chǎn)品，主要包括卷鐵芯變壓器、非晶合金變壓器等等，但這些變壓器很快便在此后陸續(xù)開展的兩次全國(guó)規(guī)模的更新?lián)Q代中淘汰，其淘汰原因是因?yàn)樾庐a(chǎn)品僅比過(guò)去老產(chǎn)品降低5%～10%能耗，整體能耗控制效果并不十分理想。現(xiàn)階段，我國(guó)市場(chǎng)已經(jīng)陸續(xù)出現(xiàn)了S10以及S11系列產(chǎn)品，將其與之前的S9系列節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)其節(jié)能效果已經(jīng)有所提升，可行性也有所提升，但依然與國(guó)際水平存在較大差距。

2 低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 變壓器材料節(jié)能

想要實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器能耗的有效控制，主要是通過(guò)導(dǎo)磁材料以及導(dǎo)電材料不斷優(yōu)化發(fā)展來(lái)實(shí)現(xiàn)的。近年來(lái)，我國(guó)在薄硅鋼片等導(dǎo)磁材料的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)新的階段，整體技術(shù)改進(jìn)以及提升較為明顯。此外，在非晶材料方面的發(fā)展也起到了優(yōu)化變壓器能耗的作用，現(xiàn)階段這些材料已經(jīng)被應(yīng)用到了我國(guó)部分配電網(wǎng)變壓器中。對(duì)于非晶合金變壓器來(lái)說(shuō)，是由厚度為普通硅鋼片1/10的非晶合金材料制作而成的，在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，此種材料發(fā)揮了較為理想的節(jié)能效果，主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在高電阻率、高磁導(dǎo)率。非晶合金材料在配電變壓器中應(yīng)用之后，將其與之前的硅鋼片變壓器損耗情況進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，其空負(fù)荷損耗降低70%以上，已經(jīng)達(dá)到了較為理想的節(jié)能效果。但是對(duì)于這種通過(guò)改進(jìn)優(yōu)化材料性能的方式來(lái)對(duì)變壓器耗能情況進(jìn)行降低往往會(huì)受到現(xiàn)階段我國(guó)整體科技水平的限制，使得此種方式的研究以及應(yīng)用存在一定局限性，并且有關(guān)材料往往市場(chǎng)價(jià)格偏高，大量采購(gòu)此種材料也不利于對(duì)配電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行有效控制。但是整體來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)階段依然是以非晶合金鐵芯變壓器為主，其所具有的無(wú)噪音、低損耗的特點(diǎn)受到了我國(guó)電力行業(yè)的廣泛歡迎。目前S11系列節(jié)能變壓器在我國(guó)市場(chǎng)中的應(yīng)用最為廣泛，將其與上一代S9系列節(jié)能產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，其在空載損耗方面已經(jīng)達(dá)到了較為理想的優(yōu)化效果，這也是其之所以能夠廣泛在電力市場(chǎng)中進(jìn)行應(yīng)用的關(guān)鍵。將二者負(fù)載消耗情況進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，S11系列與S9系列在此方面的能耗情況基本相同，是將現(xiàn)階段市場(chǎng)廣泛應(yīng)用的S11系列節(jié)能變壓器與之前所應(yīng)用的S9系列節(jié)能變壓器空載以及負(fù)載情況下的損耗情況進(jìn)行了對(duì)比，并且通過(guò)“空載損耗率=空載損耗工藝系數(shù)×單位損耗×鐵心重量”的方式計(jì)算出了空載損耗率，如表1所示。

2.2 變壓器運(yùn)行節(jié)能

2.2.1 合理運(yùn)用自動(dòng)調(diào)壓器

在配電變壓器實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，其電壓水平與鐵損之間存在正相關(guān)，隨著電壓水平的提升，其內(nèi)部鐵損也勢(shì)必會(huì)有所增加。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)配電變壓器的過(guò)壓水平達(dá)到10%時(shí)，其內(nèi)部鐵損會(huì)增加到50%左右，并且變壓器的空載電流也會(huì)隨之增加，這會(huì)使配電網(wǎng)的整體電能損耗總量明顯提升，不利于配電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此想要實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中變壓器能耗的有效控制，應(yīng)該避免設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)持續(xù)性過(guò)電壓現(xiàn)象，這樣一來(lái)不僅可以延長(zhǎng)配電變壓器自身的使用壽命，同時(shí)也使得變壓器內(nèi)部的鐵損消耗得到了有效控制，更加有利于保障變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也提升了配電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行安全性。目前，自動(dòng)調(diào)壓器的研發(fā)以及應(yīng)用在一定程度上保證了配電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行穩(wěn)定性，自動(dòng)調(diào)壓器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)輸入電壓的變化情況進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，可以對(duì)其運(yùn)行過(guò)程中由負(fù)載變化所引起的電壓波動(dòng)情況進(jìn)行詳細(xì)核查，從而在很大程度上保證了變壓器可以輸出恒定電壓，使得配電網(wǎng)系統(tǒng)的輸出電壓與輸入電壓之間波動(dòng)范圍不會(huì)超過(guò)20%，通過(guò)這種對(duì)輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及實(shí)時(shí)調(diào)整的方式可以使配電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓得到持續(xù)性的控制。自動(dòng)調(diào)壓器在我國(guó)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用也標(biāo)志著我國(guó)在配電網(wǎng)運(yùn)行節(jié)能方面的研究進(jìn)入到了一個(gè)新的階段，并且已經(jīng)取得了階段性的成果。

通過(guò)舉例說(shuō)明的方式來(lái)對(duì)自動(dòng)調(diào)壓器的應(yīng)用方法以及應(yīng)用效果進(jìn)行闡述：當(dāng)變壓器設(shè)備的容量處于正常大小時(shí)，想要實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)損耗情況的有效控制，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需要有一個(gè)變壓器作為支撐，一般情況下，如果變壓器的數(shù)量較多，那么整個(gè)變電站內(nèi)部的負(fù)載情況也會(huì)明顯增加，甚至?xí)黾邮畮妆兜綆资叮@會(huì)使配電網(wǎng)系統(tǒng)的損耗明顯提升，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，在配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，需要應(yīng)用人為干擾的方式來(lái)對(duì)變壓器進(jìn)行投入或者切除操作，應(yīng)該注意根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)的運(yùn)行情況以及實(shí)際電力載荷要求來(lái)對(duì)配電變壓器進(jìn)行選擇，這樣才能保證配電變壓器應(yīng)用的針對(duì)性，適配合適的低壓配電變壓器能夠有效保證變壓器設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)整體運(yùn)行成本的有效控制，也使得電能損耗控制達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，有利于進(jìn)一步延長(zhǎng)配電網(wǎng)中配電變壓器的使用壽命。

2.2.2 強(qiáng)化配電變壓器三相負(fù)荷不平衡工況優(yōu)化調(diào)整

配電變壓器存在的三相負(fù)荷不平衡也是導(dǎo)致其能耗巨大的關(guān)鍵因素之一，當(dāng)變壓器處于三相平衡運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其整體負(fù)載損耗最小，經(jīng)濟(jì)性最高;如果變壓器在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡的現(xiàn)象，其損耗會(huì)明顯提升，主要是因?yàn)檫@時(shí)的總能耗為三相損耗總和。對(duì)于配電變壓器來(lái)說(shuō)，之所以會(huì)出現(xiàn)變壓器三相負(fù)荷不平衡的工況，其主要原因體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：①管理上存在薄弱環(huán)節(jié)。目前來(lái)看，致使配電變壓器出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡工況最為主要的原因是運(yùn)行管理存在漏洞或者薄弱環(huán)節(jié)，沒(méi)有對(duì)其整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)性考核管理，致使配電網(wǎng)系統(tǒng)的整體運(yùn)行存在隨意性，維護(hù)人員也在一定程度上放松了對(duì)變壓器三相負(fù)荷的管理，從而致使其出現(xiàn)了持續(xù)性的三相負(fù)荷不平衡工況。②受到了單相用電設(shè)備的影響。由于現(xiàn)階段我國(guó)很大一部分配電網(wǎng)線路都是動(dòng)力線路與照明線路的混載，由于單相用電設(shè)備的用戶橫向用電差異較大，這也經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致配電變壓器出現(xiàn)三相負(fù)荷不平衡的工況，進(jìn)而增加了配電網(wǎng)整體損耗。

在解決變壓器三相負(fù)荷不平衡工況問(wèn)題時(shí)，可以嘗試從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：①優(yōu)化改造原有配電網(wǎng)系統(tǒng)，強(qiáng)化三相負(fù)荷分布控制。應(yīng)該注意結(jié)合現(xiàn)有的農(nóng)網(wǎng)線路，來(lái)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)改造，要將配電變壓器設(shè)置在負(fù)荷中心，對(duì)其供電半徑進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定，要注意應(yīng)用三相四線制供電方式，盡量不采用單相供電，從而降低供電改造隨意性;②強(qiáng)化供電管理，負(fù)荷平衡。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器負(fù)荷平衡狀態(tài)的有效保證，應(yīng)該注意進(jìn)一步強(qiáng)化供電管理工作，要注意將用電與配電進(jìn)行緊密結(jié)合，很多時(shí)候用戶往往會(huì)涉及到臨時(shí)用電以及季節(jié)性用電，相關(guān)配電變壓器的運(yùn)行管理人員應(yīng)該對(duì)用戶的用電信息進(jìn)行及時(shí)掌握，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)用電形式的合理銜接。③強(qiáng)化無(wú)功補(bǔ)償，促進(jìn)三相負(fù)荷平衡。現(xiàn)階段來(lái)看，我國(guó)單項(xiàng)設(shè)備數(shù)量正呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)，這就需要三相電流進(jìn)行平衡補(bǔ)充，從而在一定程度上導(dǎo)致電壓質(zhì)量下降。今后應(yīng)該注意對(duì)上述情況進(jìn)行就地?zé)o功補(bǔ)償，從而達(dá)到降低線損的目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)對(duì)低壓配電電壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的研究不斷深入，并且已經(jīng)意識(shí)到了應(yīng)用自動(dòng)調(diào)壓器的必要性，對(duì)自動(dòng)調(diào)壓器進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化，使得控制電壓的作用得到了充分發(fā)揮。此外，今后還要注意對(duì)變壓器三相負(fù)荷不平衡工況進(jìn)行優(yōu)化管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)整體損耗的有效控制。

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