配電變壓器的節(jié)能研究與探討

朱濱 張國權(quán)

摘要：配電變壓器是應用最廣泛的電力基礎(chǔ)設施，它的數(shù)量比較繁多，對于節(jié)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(xiàn)提高供電效率的重要工作，也是降低企業(yè)的成本、提高經(jīng)濟效益的方法，本文主要對配電變壓器的節(jié)能技術(shù)進行研究。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；節(jié)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(tǒng)中，變壓器是生產(chǎn)過程中的主要設備，由于變壓器數(shù)量多，容量大，總損耗很大。據(jù)估算，我國變壓器的總損耗占總發(fā)電量的10%左右，占整個電力系統(tǒng)損耗的30%左右，如變壓器損耗每降低1%，每年全國就可節(jié)約電量上百億kWh。因此，做好變壓器的節(jié)能管理工作是建設節(jié)約型供電企業(yè)的一個重要手段。

1配電變壓器的發(fā)展與結(jié)構(gòu)

1.1配電變壓器的發(fā)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(jù)電磁感應現(xiàn)象，提出利用互感改變電壓設想。1851年，列姆勒夫發(fā)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(yè)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(diào)壓方式可分為：激磁調(diào)壓和有載調(diào)壓變壓器兩種。配電變壓器是電力系統(tǒng)的核心組成部分，它的性能直接影響著整個電力系統(tǒng)運行質(zhì)量和整體能耗。與西方發(fā)達國家相比我國電力變壓器技術(shù)起步較晚，1971年才能自制造，且技術(shù)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(lián)。六十年代中國研制的配電變壓器屬于高能耗變壓器，技術(shù)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(shù)差距明顯縮短。九十年代，開發(fā)的新型節(jié)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(wǎng)建設規(guī)模的擴大，發(fā)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(jié)構(gòu)

配電變壓器的基本構(gòu)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(gòu)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(xiàn)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(guān)聯(lián)性和分為：原繞組與副繞組，當改變原副繞組的匝數(shù)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(xiàn)狀

目前，我國用電量的百分之八十由火力發(fā)電供應，但火力發(fā)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(tǒng)主要損耗設備，可見配電變壓器節(jié)能的重要性。配電變壓器節(jié)能不僅能減輕環(huán)境污染，還能降低供配電成本，促進綠色電力的實現(xiàn)。配電變壓器損耗嚴重影響著整個電力系統(tǒng)安全性、可靠性、環(huán)保性、經(jīng)濟性，想要保障電力系統(tǒng)的社會效益、經(jīng)濟效益、環(huán)境效益，必須做好配電變壓器節(jié)能改造。目前我國電力節(jié)能現(xiàn)狀并不理想，電網(wǎng)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?？倱p耗就是鐵損耗與銅損耗之和。相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)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(fā)電量的百分之三點四，這不僅給電力企業(yè)帶來了損失，更浪費了資源，造成了環(huán)境污染。雖然近些年，我國大力投資進行電網(wǎng)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(tǒng)一全部更換成本較高，所以很多地區(qū)依然在使用高能耗配電變壓器，因此整體電力節(jié)能效果并不理想。進行配電變壓器節(jié)能改造，提高電能利用率勢在必行。

3配電變壓器的節(jié)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(xiàn)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(nèi)阻，實現(xiàn)節(jié)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(jīng)濟性。

目前配電變壓器的制造工藝還是采用傳統(tǒng)的工藝，要想實現(xiàn)大幅度的節(jié)能降耗，就必須采用新工藝來設計制造變壓器?？梢酝ㄟ^現(xiàn)代化的電子計算機技術(shù)進行數(shù)控加工，這樣不僅可以實現(xiàn)加工零件的精度控制，更可以提高配電變壓器的性能，優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)。以目前的現(xiàn)狀來看，零件的加工精度已經(jīng)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(yōu)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(jié)構(gòu)，主要是采用自粘型換位導線控制漏磁現(xiàn)象，進而實現(xiàn)節(jié)能降耗。

3.2自動調(diào)壓器

由配電變壓器的有用損耗與配電網(wǎng)的電壓的關(guān)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(shù)手段來適量的優(yōu)化和調(diào)整配電網(wǎng)的運行電壓。自動調(diào)壓器是一種根據(jù)工程實際，可以根據(jù)配電變壓器的實際輸入電壓值自動調(diào)節(jié)配電系統(tǒng)的內(nèi)部電壓值，同時保證整個配電系統(tǒng)電壓輸入穩(wěn)定。自動調(diào)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(nèi)自動調(diào)節(jié)，利用內(nèi)部相應控制器對整個系統(tǒng)的電壓進行實時控制，實現(xiàn)最大量的節(jié)能降耗。實驗表明，當配電變壓器的運行電壓達到配電系統(tǒng)電壓值的6%時，隨著比例的增加，內(nèi)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(diào)壓器。

3.3以配電變壓器的經(jīng)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(guān)，而且還和配電變壓器的運行方式有很大的關(guān)系。因此優(yōu)化配電變壓器的運行方式具有現(xiàn)實的意義。我國目前采用的仍然是傳統(tǒng)的配電變壓器的運行方式，這種傳統(tǒng)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(jīng)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(jīng)得到了證實。在實際配電系統(tǒng)中，可以采用無功耗補償?shù)姆绞健＞唧w措施為，在配電系統(tǒng)中安裝并聯(lián)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(lián)無功耗元器件。二是采取先進的技術(shù)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(jīng)濟分配

進過點差可以發(fā)現(xiàn)，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(chǔ)上對負載量進行重新分配，使各負載在最優(yōu)電壓下工作，是配電系統(tǒng)的功耗降到最低，達到配電變壓器的節(jié)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(shù)手段就是通過調(diào)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(tǒng)電壓發(fā)生波動，因此也影響了配電系統(tǒng)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(xiàn)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(jié)語

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