石河子電網配電變壓器節(jié)能降耗措施的探討

（石河子電力調度中心，石河子市，832000） 王登年

一般說來，從發(fā)電到用電需要經過3～5次的電壓變換過程，其中產生的電能損耗約占發(fā)電量的10%。尤其在配電網中“小容量、密布點、短半徑”的布置原則使得配電變壓器的數量和總容量非常龐大，在配電網線中配電變壓器損耗占了近一半以上。主要從配變損耗增大原因及在變壓器的選型、配置、運行方式、無功補償和管理等幾個方面探討了變壓器的節(jié)能降耗措施。

1 變壓器的損耗分析

變壓器運行時從電網吸收功率，其中很小一部分消耗在原繞組的電阻和鐵心上。其余部分通過電磁感應傳給副繞組，副繞組獲得的電磁功率又有很小一部分消耗在副繞組的電阻上，其余的傳給負載。其中消耗在電阻上的叫銅損，消耗在鐵心上的叫鐵損。變壓器的損耗就包括鐵損和銅損。鐵損與鐵芯的材質有關，與負荷大小無關，其值基本上是固定的；銅損與變壓器的負載密切相關，近似與負荷電流的平方成正比。

2 影響變壓器損耗的內部原因

2.1 鐵心材質及結構對變壓器損耗的影響

常用的變壓器鐵芯一般都是用硅鋼片制造的。硅鋼是一種含硅(硅也稱矽)的鋼，其含硅量在0.8～4.8%。由硅鋼做變壓器的鐵芯，是因為硅鋼本身是一種導磁能力很強的磁性物質，在通電線圈中，它可以產生較大的磁感應強度，從而可以使變壓器的體積縮小。20世紀70年代，出現了新的節(jié)能型變壓器，非晶合金材質的變壓器。非晶合金具有高飽和磁感應強度（1.54T），磁導率、激磁電流和鐵損等各方面都優(yōu)于硅鋼片的特點，特別是鐵損低（為取向硅鋼片的1/3～1/5），代替硅鋼做配電變壓器可節(jié)能60～70%。鐵基非晶合金的帶材厚度為0.03mm左右，廣泛應用于配電變壓器、大功率開關電源、脈沖變壓器、磁放大器、中頻變壓器及逆變器鐵芯, 適合于10kHz以下頻率使用。另一方面，鐵芯的結構對變壓器的損耗也有較大影響，傳統(tǒng)變壓器一般均為疊鐵芯，由鐵芯疊裝而成。與之對應的卷鐵芯的形式較多。漸開線鐵芯的心柱與鐵軛之間氣隙較大，影響空載電流，所以容量不能做的太小；但因漏磁通垂直進入鐵芯片平面，影響附加損耗，所以片寬不宜過大，即容量不能太大。

2.2 制造工藝對變壓器損耗的影響

空載損耗雖然只占變壓器總損耗的20～30%，但它不是隨負載變化而變化的損耗。對于年最大負載利用小時較低的中小型變壓器來說，降低空載損耗的意義更為重大。要降低空載損耗，則降低工藝系數也是不可忽視的一個問題。當硅鋼片一定時，單位損耗一定，而降低鐵心質量時，磁通密度增大，單位損耗成二次方的增大，空載損耗反而上升，所以只能降低工藝系數。設計中應將繞組安匝調整得很平衡，控制了繞組的漏磁通。這就降低了油箱等結構件中的雜散損耗；在變壓器油箱上還采用波紋油箱代替管式散熱器，從而體改了散熱效率；鐵軛絕緣采用整體絕緣，繞組出頭和外表加強綁扎，對繞組繞制尺寸加以嚴格規(guī)定，這些都有助于降低變壓器損耗。

2.3 溫度過高

電力變壓器的溫升每超過8℃，壽命將減少一半。如果它的運行溫度超過變壓器繞組絕緣允許的范圍，絕緣迅速老化，甚至使繞組擊穿，燒毀變壓器。所以要降低電力變壓器運行溫度實現節(jié)能。

2.4 負荷分配不合理，三相電流不平衡

城市地區(qū)，很多配變同時接帶動力與照明負荷，勢必導致變壓器三相負荷不平衡。原則上，三相不平衡會產生負序電流，負序電流最大不能超過正序電流的5%，否則損耗將加大。

2.5 供電區(qū)域劃分不明確

市區(qū)配電設備異動較為頻繁，配變接帶負荷的隨意性很大，供電負荷缺乏合理分區(qū)，同一區(qū)域內，部分配變長期重載，而周圍鄰近變壓器由基本處于空載，造成配電變壓器負載率分配不合理。當負載太小時，變壓器無功損耗加大，功率因數變差；當變壓器過負荷運行時，會造成變壓器過熱，且有功損耗加大。一般情況下，電力變壓器運行的負載在60～70%Se時處于理想狀態(tài)，此時變壓器損耗較小，運行費用較低。

2.6 供電半徑過大

按照運行規(guī)程及設計規(guī)程要求，配電變壓器應設置在負荷中心，供電半徑不大于500m，但實際運行中，有部分變壓器供電半徑接近或超過了500m，特別是針對新疆較為落后的農村地區(qū)，地廣人稀的本地特色使得部分供電線路最遠的達到了1 000m以上，夏季農灌時節(jié)，末端電壓過低，設備啟動困難，影響農業(yè)發(fā)展。

3 建設性措施

3.1 科學合理選擇設備型號，加快高能耗變壓器更新改造

2015年8月13日，工業(yè)和信息化部、質檢總局和發(fā)展改革委聯合發(fā)布《配電變壓器能效提升計劃》，該計劃的目標是預計到2017年，累計推廣高效配電變壓器6億千伏安，實現年節(jié)電94億千瓦時。為積極響應國家政策，近年來，石河子電網開始對中低壓配電網內的高耗能變壓器進行了摸底排查，并計劃用三年的時間，分批次將現有的S9型高耗能變壓器全部更換為最新的S13型節(jié)能變壓器。此舉措所帶來的節(jié)能效益是非常可觀的，且有利于增強配網運行的可靠性。

3.2 合理選擇變壓器容量及安裝地點

一般來說，電力變壓器的空載損耗和負載損耗之比大約在1/4～1/3之間，因此，當變壓器負載率在50～70%時，變壓器的運行效率最高。故應根據配變所供負荷的特點，計算負荷變化的范圍，在同時考慮技術和經濟兩因素的前提下，合理地配置變壓器的容量及臺數，這樣既可減少基本電費，提高運行效率，又能降低變壓器損耗；另一方面，依照《城市中低壓配電網改造技術導則》，宜將供電半徑控制在以下范圍：A類供電區(qū)為150m，B類供電區(qū)為250m，C類供電區(qū)為400m，以確保末端電壓達到規(guī)程要求。且配電布線宜呈網狀結構，應盡量避免采用鏈狀或樹狀結構，盡可能將變壓器安裝位置深入負荷中心。

3.3 嚴格把控入網關

雖然近幾年制造技術的不斷創(chuàng)新，使得產品的結構逐步多樣化、但是變壓器生產廠商技術水平、生產工藝參差不齊，導致生產出來的新變壓器性能參數不一定達到技術條件，主要表現為變壓器空載損耗較大。如果此類變壓器大量入網，必定增加損耗。因此，供電部門在投運前一定要對變壓器的參數進行全面檢測。

3.4 合理調整變壓器運行方式

3.4.1 建立負荷不平衡運行管理

不平衡電流的存在，不僅增加了變壓器損耗，也增加了低壓線路損耗，目前，供電部門已采購12套臺區(qū)檢測裝置，開展試點。通過變臺上安裝的在線檢測裝置，將采集的信息通過無線傳輸方式發(fā)送至云端平臺，供電部門定期對數據對比分析后，對變壓器低壓側的負荷重新進行合理分配。所以，建議相關單位應建立不平衡度考核制度，高度重視不平衡度調整工作，應定期測量變壓器三相負荷，及時調整負荷接入方式，力求變壓器三相電流平衡。

3.4.2 優(yōu)化變壓器運行

由于變壓器并聯運行有很多優(yōu)點，所以大型企業(yè)一般都有多臺變壓器同時運行。在運行中根據實際負荷大小安排變壓器臺數，合理分配負荷，將有效地降低企業(yè)的電能損耗和運行成本。對于低壓側存在聯絡關系的系統(tǒng)，只需通過操作低壓開關即可實現運行方式的轉換，相比之下，單純新增或更換變壓器不僅工作量大，而且經濟性不高，甚至在較多情況下效果還不如低壓側聯絡的方式。在低壓配變之間距離較近時，可在規(guī)劃配變時增加低壓側聯絡線路，在同時考慮供電可靠性和經濟性的情況下，選擇合理線徑的低壓聯絡線，這種方式尤其適用于負荷季節(jié)性明顯農村住宅供電和市區(qū)供暖換熱站。

3.4.3 合理調整變壓器電壓

變壓器的空載損耗和運行電壓的平方成正比，負載損耗和運行電壓的平方成反比。變壓器在額定電壓下運行，以其產生的損耗為基準，通過調整變壓器分接開關，使其運行電壓在1.07～0.95U范圍內。運行實踐表明:當變壓器處于輕載或空載運行，運行電壓必然要升高，此時空載損耗占主導地位，因此必須通過調整分接開關，降低輸入電壓，這不僅可保證供電電壓質量，而且還有利于降低空載損耗；反之，在供電高峰期變壓器處于滿載運行，其運行電壓必然下降，此時負載損耗占主導地位。必要時，在供電半徑較長的線路上安裝分散的無功補償裝置，來調整配變電壓。

3.5 采用無功補償提高功率因數

配電變壓器的效率不僅隨著輸送有功功率的變化而變化，還隨著負荷功率因數的變化而變化，通常功率因數低時，變壓器效率相應地也降低。對于變壓器進行無功補償，提高其功率因數，可以大大減少無功功率在變壓器上的傳輸，從而減少變壓器上的損耗。這種方法節(jié)能效果顯著，通常會在功率因數較低時采用。此外，無功功率補償還可降低高壓電網的線損，提高變壓器的負載能力，并改善用戶的電壓質量。建議對于容量較大的變壓器均裝設無功自動補償裝置。

3.6 加強配變的管理

隨著石河子城市規(guī)模的逐步擴大，配變規(guī)模也在增大，這些配變的型號、容量和運行狀態(tài)各不相同，在實際工作中應加強如下幾個方面的管理。①定期開展配變資產清查工作，清理高能耗和運行時間長的重損配變，并及時進行更換。②加強配變運行數據的管理，掌握配變負載率的發(fā)展趨勢，整理出過載配變和即將過載的配變，制定相應的方案并做好設計，及時在配網規(guī)劃中立項實施改造。③對于為解決重、過載而新增的配變，應合理設置其布點，在緩解配變重、過載的同時減小低壓供電半徑。

4 結束語

總之，節(jié)能措施涵蓋在變壓器生產、使用、運行等各個方面，變壓器在節(jié)能降耗的方面，具有很大的節(jié)能潛力。應合理選用、配置、管理配電變壓器。隨著電力負荷的增長，配變的數量和容量也逐步增加，除了在工藝上采用新型節(jié)能材料、在規(guī)劃運行時降低變壓器損耗之外，還必須加強配變的管理，充分挖掘配變降損措施。