10kV配電變壓器的電能損耗及節能降損措施研究

溫培科 王湘濤

（平高集團智能電氣有限公司）

0 引言

變壓器在配電網中屬于一項重要裝備，電能傳輸時會產生嚴重損耗。對于10kV運行線路，因變壓器造成的電能損耗在系統中占比超過60%。因此，電力行業的從業者廣泛關注變壓器與線路造成的損耗，并總結了一系列節能降損措施。本文圍繞10kV配電變壓器產生的電能耗損展開分析，總結產生損耗的原因，并根據實際電能損耗問題提出降損措施，有效解決配電網絡在運行中的降低電能損耗問題。

1 產生電能損耗的原因

1.1 線路電損

10kV配電線路產生電能損耗的原因有很多，以三相電纜絕緣層形成的電能損耗為例，一般需要分析線路電壓、電纜電容、絕緣物質損失角 （正切量tanσ）等因素［1］。tanσ參數與電纜標準電壓參數有關，建議通過相關產品目錄和文件手冊等資料獲取。若是文件資料缺失，則可以根據實測值實現賦值，tanσ的取值方法見表1。本文主要以10kV配電線路進行分析。

表1 tanσ取值方法

1.2 配電變壓器電能損耗

對于10kV配電變壓器電能損耗的計算，需要對空載和負載工況下產生的損耗量分別進行計算。其中空載損耗參數可以根據變壓器說明書以及銘牌數據等資料獲得，若無可參考資料，建議組織試驗測定［2］，測定方法為將供電運行與分接頭電位的電壓參數比值與鐵心損耗功率相乘。負載損耗建議采用短路試驗測定，或者根據變壓器銘牌說明確定相關參數。

2 10kV配電變壓器電能損耗問題

2.1 三相供電負荷欠缺均衡性

變壓器在空載工況下產生的電能損耗屬于恒量，然而負載損耗會與負荷有直接的聯系，即負荷數值發生變化，負載損耗也會隨之改變。另外，負載損耗和負荷電流之間為正比例關系。基于此前提，三相負荷平衡方可保證配電變壓器的電能損耗最低［3］。若三相供電負荷不平衡，那么產生的電能損耗將會超出正常損耗三倍左右，甚至還會影響到高壓線路，高壓線路所形成的電能損耗與常規情況下的損耗相比，可能會超出10%。所以，配電變壓器的三相不平衡必然會造成電能浪費，必須采取有效方法節能降耗，使電力能源利用率得到提升。

2.2 配電變壓器無法實現自動調節

10kV配電變壓器開始運行之后，多種因素均會對負載產生影響，從而使負載發生變化。在負載發生變化后，電能損耗也會隨之變化。若配電變壓器無法實現自動調節，一方面會帶來嚴重的電能損耗，另一方面還會危及變壓器運行的平穩性。特別是在配電變壓器發生負載問題之后，因為不能及時有效的自動調節，會造成電能損耗，嚴重影響到節能降損目標的實現。鑒于此，配電變壓器節能降損尤為重要，變壓器的自動調節可以降低變壓器在運行狀態下的電能損耗。

2.3 負荷分配

10kV配電變壓器在運行中面臨負荷分配方面的問題，這也是導致電能損耗的重要原因。盡管國內的電力技術水平和配電變壓器用電負荷能力有明顯的提升，但實際上計算用電負荷時仍然采用固有計算方法，很難保證用電負荷分配的有效性，甚至還會因此引發變壓器負荷不平衡，影響到變壓器設備的整體狀態，縮短變壓器在運行中的使用壽命，變壓器在運行狀態下將會產生大量電能損耗。

2.4 無功補償

配電系統內部安裝了諸多感應型電氣設備，此類設備在運行中必須有無功補償作為保障，方可加強系統的電磁平衡性。若配電系統缺少足夠的無功補償容量，將會增加變壓器損耗，并且會對配電變壓器節能性造成影響。

3 10kV配電變壓器節能降損建議

3.1 加強三相負荷平衡性

根據分析可知配電變壓器的三相負荷如果缺少平衡性，必然會導致電能浪費，降低電壓的穩定性以及配電系統的安全性。若面臨電流大的問題，還會造成銅損，甚至會因漏磁而干擾流經設備的運行狀態［4］。例如設備內部產生巨大熱量，使設備在運行中面臨嚴重耗損。為此，在實際處理過程中，更需要對配電變壓器三相負荷加以分析，結合不同區域來設計供電線路，保證設備在運行期間的負荷始終保持在平衡狀態。

在確立了此目標后，工作人員便需要合理設置配電變壓器所在位置，一般以三相負荷中心作為首選。另外，配電網內部還需要安裝監控系統，電網在運行期間實時監測負荷情況，一旦有三相負荷不平衡的現象，便可以通過實時監測及時處理，對電能耗損進行有效控制。如果系統內部安裝了大容量電氣設備，還需要安裝與其型號相適應的變壓器設備，確定滿足電氣設備供電要求，保證電網運行的平穩性。

3.2 自動調壓器的合理配置

因為配電變壓器形成的電能損耗與電網電壓之間為正比例關系，所以對于配電變壓器自動調節造成的電能耗損問題，可以通過合理配置自動調壓器這一方法解決，達到降低電能損耗率的目的。對于配電變壓器負載與電能耗損之間的關系，整理數據見表2。

表2 配電變壓器負載和電能損耗關系

在選擇自動調壓器過程中不僅要對節能性加以考慮，還需要關注到電壓是否穩定，以保證自動調壓器配置的合理性。自動調壓器本身可以實現一定程度的節能降耗，但是在具體應用中仍然存在一些弊端，例如不適合在長距離電網線路中應用，甚至對相鄰線路電壓控制的效用不明顯，有可能會造成相鄰電路電壓的明顯差異，難以保證供電穩定性。對此，更加需要通過合理配置自動調壓器的方式進行解決。

3.3 做好變壓器負荷分配工作

考慮到配電變壓器開始運行后會形成一些電能損耗，所以目前在設備的研發中，推出一些不同的節能型配電變壓器，在電網建設當中應用也有比較明顯的效果。以S20型配電變壓器和S22型配電變壓器為例，將其投入使用后獲得了良好的節能成效。基于電網建設的配電要求，一般會采用并列設置變壓器的形式，在此情況下產生的變壓器能量損耗實際上是變壓器損耗疊加的效果。所以，要想有效控制配電變壓器產生的電能損耗，建議以節能型配電變壓器為首選，確保單一變壓器電能損耗得到有效控制，以達到降低整體配電變壓器電能損耗的目的［5］。另外，工作人員還需了解到變壓器并列運行期間，一旦面臨負荷分配不平衡的問題，有功功率損耗也會形成比較顯著的差異，降低電力系統運行的穩定性。所以，變壓器負荷分配必須保證合理，實時監測配電變壓器的運行狀態，使其能夠保持在最佳，避免單一變壓器形成的電能損耗。

3.4 對變壓器安裝無功補償設備

配電系統內部的無功補償容量不足，同樣會引發變壓器電能損耗。針對此問題，建議在系統內部安裝無功補償設備，加強無功容量的平衡性，還可以精準控制內部電網電流，最大程度降低變壓器電能損耗率［6］。如果條件允許，安裝無功補償設備期間，還可以安裝調壓設備，通過兩種設備的同時運行，進一步控制電能損耗。在無功補償設備的安裝過程中，工作人員還需按照線路負荷情況，選擇線路負荷2／3位置安裝無功補償器。此位置有利于提高線路的運行效率，而且無功補償效果也能夠達到最佳，將變壓器所產生的部分電能損耗予以消除。需要特別注意的是，無功補償設備和調壓設備的同時運行，必須控制在變壓器電壓允許范圍以內，同時發揮兩種設備的優勢，優化變壓器的節能降損效果。

3.5 提出多元化節能降損方法

第一，優化無功補償容量計算方法，實時記錄無功負荷絕對值，明確補償容量。選擇計算方法的過程中，將核心目標確定為節能降損，保證無功容量計算結果準確，以此為基礎合理確定無功補償裝置安裝的具體部位，確保無功補償的作用得到有效發揮，保證系統內部始終維持電磁平衡。

第二，為了降低變壓器的電能損耗，電路系統優化建議立足于多個維度，一方面優化現有設備，另一方面則要合理規劃線路布局，從源頭上控制電能損耗，實現10kV配電變壓器的節能降損。

4 結束語

綜上所述，10kV配電變壓器作為電力系統非常重要的設備之一，針對其常見的電能損耗問題，必須結合實際情況提出節能降損措施。根據分析可知，造成變壓器電能損耗的原因較多，需要通過安裝無功補償設備、合理分配變壓器負荷等方法，降低配電變壓器的電能損耗。如此一來，在達到節能降損目標的同時，還有利于實現10kV配電變壓器性能的優化。