淺析有載調(diào)容變壓器在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉明祥 孫建東 王江寧

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京210061）

0 引言

電力系統(tǒng)從發(fā)電、變電、輸電、配電到用戶用電，要進行多次升壓、降壓及逆變，不論哪種電壓變換，多多少少總有損耗，用電變壓器損耗較為明顯，約占系統(tǒng)發(fā)電量的10%。雖然用電變壓器技術(shù)成熟、轉(zhuǎn)換效率很高，但其數(shù)量多、容量大，故總損耗還是比較大的。據(jù)不完全資料統(tǒng)計，電網(wǎng)60%～65%的損耗中，約有70%損耗在變壓器上。如果變壓器損耗能降低1%，每年就可節(jié)約上百億度電。因此，國家電網(wǎng)公司在農(nóng)村電網(wǎng)的第一期、第二期改造中，投入了大量資金將老式配電變壓器更換成新型節(jié)能型有載調(diào)容變壓器，用于降低農(nóng)村電網(wǎng)的線損。我國農(nóng)村電網(wǎng)負荷的季節(jié)性強、峰谷差較大，導(dǎo)致改造后農(nóng)村電網(wǎng)配電變壓器的損耗仍然較大，造成了大量電力資源的浪費［1］。

1 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器

節(jié)能型有載自動調(diào)容變壓器的產(chǎn)生，就是為了解決農(nóng)網(wǎng)中“大馬拉小車”的問題。調(diào)容變壓器具有大小2種額定容量，額定容量的變比約為3∶1，2種額定容量運行方式可以自動無縫轉(zhuǎn)換。在輸出電壓不改變的情況下，實現(xiàn)變壓器容量大小的自動調(diào)節(jié)，小容量變壓器適應(yīng)小負荷，大容量變壓器適應(yīng)大負荷，可大大降低變壓器的損耗。尤其適用于用電季節(jié)性較強、用戶負荷波動較大、用電比較集中、平均負載率低的場合。因此，在低壓配電網(wǎng)中，該變壓器應(yīng)用空間廣闊。

1.1 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的基本原理

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的基本設(shè)計原理是：變壓器的三相繞組在大容額定量狀態(tài)下組成三角形接法，小額定容量狀態(tài)下組成星形接法。每相繞組由2部分組成：一是少數(shù)線匝部分，二是多數(shù)線匝部分。大容量時，多數(shù)線匝部分并聯(lián)再與少數(shù)線匝部分串聯(lián)；小容量時，多數(shù)線匝部分串聯(lián)再與少數(shù)線匝部分串聯(lián)。

每相繞組的少數(shù)線匝部分約占27%，多數(shù)線匝部分約占73%。多數(shù)線匝部分導(dǎo)線的截面積約為少數(shù)線匝部分導(dǎo)線截面積的1／2。輸入、輸出公式如下：

式中，Uo為有載調(diào)容變壓器輸出電壓（V）；Uin為有載調(diào)容變壓器輸入電壓（V）；N1為有載調(diào)容變壓器輸入繞組；N2為有載調(diào)容變壓器輸出繞組。

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器從大額定容量狀態(tài)調(diào)整為小額定容量狀態(tài)時，輸入繞組連接方式由三角形改為星形，則小額定容量狀態(tài)下Uin是大額定容量狀態(tài)下Uin的1／，小額定容量狀態(tài)下的輸出繞線匝數(shù)N2是大額定容量狀態(tài)下繞線匝數(shù)N2的倍，由于有載調(diào)容變壓器Uin和N2增加的倍數(shù)相同，從而保持輸出電壓Uo穩(wěn)定不變。大額定容量調(diào)為小額定容量時，原理同大額定容量轉(zhuǎn)小額定容量原理。由于低壓繞組匝數(shù)的增加，空載損耗和空載電流相應(yīng)降低，達到了降損節(jié)能的目的［2］。

1.2 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的技術(shù)特點

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器（容量同于干式變壓器）相比于普通干式配電變壓器，有如下技術(shù)特點：

（1）節(jié)能型有載調(diào)容變壓器在同額定容量狀態(tài)下，各項性能指標略優(yōu)于普通干式變壓器，因其繞組及結(jié)構(gòu)原理的升級，使得空載損耗低，空載電流小，完美適應(yīng)低壓配電網(wǎng)中負載率低的狀況，節(jié)能效果好。

（2）節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的短路阻抗基本上接近于國內(nèi)標準最小值。

節(jié)能型有載調(diào)配電變壓器，在大額定容量狀態(tài)下，負荷率低于額定容量的40%時，可及時調(diào)到小額定容量狀態(tài)，有效解決“大馬拉小車”的問題，同時其性價比高于傳統(tǒng)的“母子變壓器”。

1.3 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器損耗分析

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器是通過改變調(diào)容變壓器的額定容量達到節(jié)能的目的，大額定容量狀態(tài)下有載調(diào)容變壓器的空載損耗和負載損耗相對較大，小額定容量狀態(tài)下的空載損耗和負載損耗相對較小，其兩種損耗適用相同的公式損耗計算公式，僅僅參數(shù)有差異。

普通干式變壓器的電能損耗分為有功電能損耗和無功電能損耗，總損耗為有功損耗和無功損耗之和。節(jié)能型有載調(diào)容變壓器有2種額定容量，其每日電能損耗為其大額定容量電能損耗和小額定容量電能損耗之和。

普通干式變壓器的電能損耗計算公式如下：

式中，ΔΡ0D為變壓器空載有功損耗（kW）；TD為變壓器連接供電線路時間（h）；ΔΡKD為變壓器在額定負載時的有功功耗（kW）；SC為變壓器負載（kVA）；SN為變壓器容量（kVA）；τD為變壓器的最大負載損耗時間（h）；ΔQ0D為變壓器空載無功損耗（kW）；ΔQKD為變壓器在額定負載時的無功功耗（kW）。

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器損耗計算公式為大額定容量普通干式變壓器損耗與小額定容量普通干式變壓器損耗之和，即：

式中，ΔS總為變壓器總電能損耗（kW）；ΔS高容量為高容量變壓器電能損耗（kW）；ΔS低容量為低容量變壓器電能損耗（kW）。

2 應(yīng)用節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的經(jīng)濟效益

遼寧遼陽的科技示范項目中，就安裝了1臺節(jié)能型有載調(diào)容變壓器，容量為S9（315／100kVA），替換原有的普通干式變壓器，容量為S9（315kVA），圖1為有載調(diào)容變壓器現(xiàn)場運行圖。此節(jié)能型有載調(diào)容變壓器供應(yīng)200多戶居民的正常供電，其絕大部分時間處于小負荷運行狀態(tài)，但在用電高峰期（早上06：00—08：00、中午11：00—13：00、下午17：00—21：00）、農(nóng)忙期存在過負荷運行的狀況，影響了居民的正常用電。節(jié)能型有載調(diào)容變壓器投運一年以來，容量累計切換次數(shù)多達1 051次，大額定容量狀態(tài)下累計運行時間約1 311h，小額定容量累計運行時間約7 449h，平均每天大額定容量狀態(tài)下僅僅運行約4h，其余時間均在小額定容量狀態(tài)下運行，很好地解決了低壓配電側(cè)負荷不均衡造成的“大馬拉小車”問題，大大降低了變壓器損耗，節(jié)約了電能，提高了電能質(zhì)量。

圖1 有載調(diào)容變壓器現(xiàn)場運行圖

由公式（2）、（3）計算可知，每臺S9（315／100kVA）節(jié)能型有載調(diào)容配電變壓器比同容量的S9（315kVA）型普通干式變壓器每年可節(jié)約電量約3 600kW·h。

3 結(jié)語

隨著國家電網(wǎng)公司發(fā)展重心的逐漸傾斜，節(jié)能、清潔、自動化愈加受到國家電網(wǎng)重視，國家在中、低壓配用電系統(tǒng)中的投資也會越來越大，其會呈爆炸式發(fā)展。而節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的出現(xiàn)，完全滿足國家電網(wǎng)的節(jié)能、清潔、自動化發(fā)展需求，相信節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的市場會越來越廣闊。

［1］王志鳳，王作軍，姚偉.有載調(diào)容變壓器在農(nóng)村電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.供用電，2009（5）

［2］孫海軍，郭慧.油田專用有載調(diào)容變壓器原理與性能分析［J］.變壓器，2002（11）