變壓器節(jié)能技術(shù)探討

【摘要】變壓器經(jīng)濟(jì)運行與否是由所帶負(fù)荷大小、本身能耗功率以及變壓器磁化過程中引起的空載無功損耗等因素決定的。根據(jù)近幾年國內(nèi)外對高耗能變壓器節(jié)能技術(shù)理論的研究，依據(jù)吐哈油田實際，利用變壓器綜合損耗技術(shù)、等效損耗與波動系數(shù)相配合技術(shù)方案對各類不同負(fù)荷性質(zhì)變壓器經(jīng)濟(jì)運行工況進(jìn)行調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能減排效果最大化。

【關(guān)鍵詞】變壓器；節(jié)能；探討

變壓器是輸變電系統(tǒng)中的主要設(shè)備之一，盡管它的效率很高，但由于它的總?cè)萘看螅ㄒ话闱闆r下變壓器的總?cè)萘繛榘l(fā)電容量的5～7倍），加上在輸配電系統(tǒng)中變換級次多，損耗可占線路總損耗的17%。中小型配電變壓器雖然單臺容量小，但數(shù)量多。當(dāng)今推廣使用低耗能變壓器，改造高耗能變壓器，這是節(jié)能挖潛、提高經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

1.變壓器的損耗

變壓器的基本原理，當(dāng)變壓器的初級繞組通電后，線圈所產(chǎn)生的磁通在鐵芯流動，因為鐵芯本身也是導(dǎo)體，在垂直于磁力線的平面上就會感應(yīng)電勢，這個電勢在鐵芯的斷面上形成閉合回路并產(chǎn)生電流，好像p一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，并且使變壓器的鐵芯發(fā)熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產(chǎn)生的損耗我們稱為“鐵損”。另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。所以變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產(chǎn)生的。由于變壓器存在著鐵損與銅損，所以降低變壓器的損耗顯得很有必要。

1.1.1有功損耗

有功損耗是指配電變壓器在實際工作過程中，在產(chǎn)生有功功率而伴隨產(chǎn)生的損耗。有功損耗可以分為鐵損和銅損。

①鐵損。鐵損是指磁滯、渦流損耗及電流在初級線圈電阻上的損耗，它是鐵芯發(fā)熱，以熱能的形式散發(fā)損耗。鐵損又可以細(xì)分為渦流損耗和磁滯損耗。當(dāng)交流電流通過配電變壓器時，通過變壓器硅鋼片的磁力線其大小和方向呈現(xiàn)一定規(guī)律的變化，使得硅鋼片互相摩擦放出熱能，這一部分損耗的熱能就是磁滯損耗。

②銅損。銅損是指配電變壓器線圈電阻所引起的損耗。當(dāng)電流通過線圈電阻時，會發(fā)熱散發(fā)能量，這時一部分電能就會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏幌模Q之為銅損。

1.1.2無功損耗

配電變壓器的無功損耗主要是指在進(jìn)行變壓與能量傳遞過程中所造成的損耗，因為這部分損耗并沒有產(chǎn)生實際的有功功率，因此，稱之為無功損耗。無功損耗可以分為兩部分，一部分是由建立變壓器主磁路磁通的勵磁電流引起的，這部分損耗與負(fù)載電流無關(guān)，是一個恒定量；另一部分是由變壓器繞組的阻抗和流經(jīng)繞組的電流構(gòu)成，這部分損耗是與負(fù)載電流有關(guān)的，負(fù)載電流越大，這部分損耗就越大。

2.變壓器節(jié)能降耗存在的問題

2.1變壓器容量選擇不夠合理主要存在兩種情況：

（1）容量過大。負(fù)載率低，即所謂的“大馬拉小車”。（2）容量過小，過負(fù)荷運行，即“小馬拉大車”，故障頻繁。危及供電、供水安全。

2.2三相電流不平衡較為嚴(yán)重

長期以來，由于企業(yè)對變壓器三相負(fù)荷不平衡的運行管理不夠重視，一直沒有—個考核管理辦法。由于三相電流不平衡，造成線損增加、變壓器發(fā)熱、故障率增加等現(xiàn)象，降低了變壓器利用率，威脅供水安全穩(wěn)定運行。

2.3安裝地點不夠合理，供電半徑較大按照運行規(guī)程及設(shè)計規(guī)程要求。變壓器應(yīng)設(shè)置在負(fù)荷中心，供電半徑不大于500m，但實際運行中，有部分供水設(shè)備供電半徑接近或超過了500m.特別一些水庫閘門供電線路最遠(yuǎn)的達(dá)到了1000m以上，造成末端電壓過低，

3.變壓器的節(jié)能技術(shù)措施

3.1合理選擇變壓器容量

變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量的計算與負(fù)荷的大小、狀態(tài)、性質(zhì)、變壓器的過載能力及制造廠家的工藝水平、材料等諸多因索有關(guān)，是—個復(fù)雜的課題。因此在設(shè)計過程中考慮的出發(fā)點和要求不同。導(dǎo)致變壓器容量大小的選擇也會有所不同。一般情況下，當(dāng)變壓器的負(fù)載損耗等于空載損耗時，變壓器的功率損耗最小，運行效率最高。但對于一些新型變壓器。由于空載損耗很低，若單純追求最高效率。容易造成“大馬拉小車”。

3.2新型導(dǎo)線的應(yīng)用。配電變壓器的導(dǎo)線可以采用無氧銅，以降低線圈內(nèi)阻，從而有利于降低配電變壓器運行中的鐵損和銅損，進(jìn)而降低配電變壓器的運行損耗。例如，目前已經(jīng)投入使用的高溫超導(dǎo)配電變壓器，就是采用了超導(dǎo)線材取代了傳統(tǒng)的銅芯線材，從而降低了變壓器的損耗，同時，還間接提高了變壓器的抗短路性能。

3.3優(yōu)化磁體材料。配電變壓器的磁體材料也可以進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，以降低磁滯損耗。近年來，研究頗熱的非晶合金材料，相較于傳統(tǒng)的磁體，具有更加優(yōu)良的磁化和消磁性能，利用這一類材料制作鐵芯，不僅可以明顯降低配電變壓器的鐵損，而且還能夠降低配電變壓器的無功損耗，提高配電變壓器的運行經(jīng)濟(jì)效益。

3.4改進(jìn)制造工藝。在制造工藝上實施改進(jìn)，以降低配電變壓器的運行損耗。例如，采用現(xiàn)代計算機(jī)控制的數(shù)控加工系統(tǒng)，對變壓器內(nèi)部的硅鋼片進(jìn)行加工，從厚度、界面形狀等，都完全能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制。目前的加工精度已經(jīng)達(dá)到0.18mm，如此薄的硅鋼片的應(yīng)用，大大降低了配電變壓器運行過程中的空載損耗。

3.5布置新結(jié)構(gòu)。除了應(yīng)用新型材料、新型加工工藝等技術(shù)手段之外，還可以通過采用新的結(jié)構(gòu)布置形式等手段來降低配電變壓器運行中的損耗。目前的研究熱點主要集中在兩個方面：采用新型繞組結(jié)構(gòu)和采用新型線圈布置方式。

①采用新型繞組結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的繞組結(jié)構(gòu)具有損耗過大、抗諧波干擾能力差等缺點，通過研究，可以根據(jù)不同的配電電壓等級選擇新型繞組結(jié)構(gòu)，如采用自粘型換位導(dǎo)線來控制漏磁走向，進(jìn)而實現(xiàn)對繞組損耗的控制，以提高配電變壓器的運行效益。

②采用新型線圈布置方式

根據(jù)渦流的流向，合理選用橫向或者縱向線圈布置形式，以控制渦流損耗降到最小，從而降低配電變壓器的運行損耗。

結(jié)束語

為了保證國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，在當(dāng)前能源供應(yīng)十分緊張的情況下，唯有大力推進(jìn)節(jié)能，而配電變壓器的節(jié)能又是輸配電網(wǎng)節(jié)能的重中之重。要認(rèn)真做好配變的節(jié)能還涉及到許多方面。對運行部門來說，如何做好變壓器的經(jīng)濟(jì)運行，在規(guī)劃設(shè)計時如何正確選擇變壓器的臺數(shù)和容量等。必須做好產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計，在生產(chǎn)過程中采用先進(jìn)的工藝等。

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