10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)措施研究

秦天龍，高翔，魏艷敏

（國網(wǎng)山東省電力公司莘縣供電公司，山東聊城，252400）

0 引言

現(xiàn)階段，我國的10kV配電變壓器在節(jié)能方面還存在著生產(chǎn)工藝落后、配電系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力低以及變壓器負(fù)荷分配等方面的問題，還不能滿足可持續(xù)發(fā)展的要求，具體的技術(shù)實(shí)施也不夠完善，而相關(guān)的理論研究還不夠成熟，所以本文針對10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)措施的分析研究是很有現(xiàn)實(shí)意義的。

1 10kV配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)存問題

現(xiàn)階段，在我國的電網(wǎng)系統(tǒng)中，10kV配電變電器（如圖1所示）應(yīng)用廣泛，但是在配電變電器的節(jié)能方面還存在著很多的不足，在一定程度上造成了資源的大量損耗，雖然經(jīng)過了多代改革，但是還是沒有達(dá)到節(jié)能減排的需求，還存在著以下幾個(gè)方面的問題。

圖1 10kV配電變電器

1.1 生產(chǎn)工藝落后

生產(chǎn)工藝落后是當(dāng)前10kV配電變壓器比較顯著的問題。對于10kV配電變壓器來說，通常情況下，設(shè)備的配置是需要十分精密的，因?yàn)檫@不僅僅會(huì)涉及到多種的制作材料，在結(jié)構(gòu)的使用和建設(shè)方面也有著很多的要求。而材料和結(jié)構(gòu)的配置又是10kV配電變壓器節(jié)能效果的重要影響因素之一。但是，現(xiàn)階段，對于10kV配電變壓器的生產(chǎn)，很多企業(yè)還是通過原有的設(shè)備進(jìn)行一系列的生產(chǎn)以及制造的活動(dòng)，以至于10kV配電變壓器配件的精密度無法滿足相應(yīng)的要求，從而在一定程度上造成了電能的過多損耗。也就是說，生產(chǎn)工藝落后的問題是當(dāng)下10kV配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過程中，提升節(jié)能效果所必須解決的問題。

1.2 配電系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力低

配電系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力低也同樣是現(xiàn)階段10kV配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過程中所存在的問題。通常情況下，10kV配電系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，其負(fù)荷就會(huì)發(fā)生一系列變化，從而在一定程度上增加了其電能耗損。在這種背景下，再加上配電系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力不足，從而使得負(fù)荷的自動(dòng)調(diào)整性能不高，直接引起了配電變壓器節(jié)能性能難以提升的問題。簡單來說，就是10kV配電變壓器運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生負(fù)荷，而配電系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)能力低，直接導(dǎo)致負(fù)荷所增加的電能損耗無法得到有效地控制，從而導(dǎo)致了配電變壓器的節(jié)能效果無法滿足相關(guān)的要求。

1.3 變壓器負(fù)荷分配問題

10kV配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用過程中，還存在著變壓器負(fù)荷分配的問題。具體來說，隨著我國相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，10kV配電變壓器的用電負(fù)荷在很大程度上得到了提升，但是對于變壓器負(fù)荷分配來說，還依然是通過原有用電負(fù)荷來進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，直接引發(fā)了配電變壓器負(fù)載過大的問題。而一旦配電變壓器負(fù)載過大，不僅僅會(huì)造成配電變壓器工作狀態(tài)的不穩(wěn)定，還會(huì)在一定程度上縮短10kV配電變壓器的使用壽命，還使得工作過程中的能量損耗進(jìn)一步提升，無法滿足當(dāng)下節(jié)能減排的要求，不利于10kV配電變壓器的健康可持續(xù)發(fā)展。

2 10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)措施

2.1 分析10kV配電變壓器的損耗問題

分析10kV配電變壓器的損耗問題是10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)實(shí)施的重要前提。10kV配電變壓器主要是通過電磁感應(yīng)輸送配電的，其損耗的高低將直接影響電力成本以及安全。通常情況下，10kV配電變壓器的損耗主要分為有功損耗和無功損耗兩種。對于有功損耗來說，通常是指運(yùn)行過程中有功功率所產(chǎn)生的損耗。一般包括鐵損和銅損兩種。其中，鐵損多表現(xiàn)在磁滯、渦流以及電阻等方面，而銅損多表現(xiàn)在線圈電阻方面，二者產(chǎn)生損耗時(shí)都伴隨著發(fā)熱現(xiàn)象。對于無功損耗來說，無功損耗主要產(chǎn)生于變壓器變壓與能量傳遞的過程中，無功損耗可根據(jù)產(chǎn)生的原因分為勵(lì)磁電流無功損耗以及繞組阻抗和電流無功損耗兩種形式，其中，前者與穩(wěn)定變壓器狀態(tài)有關(guān)，后者與配電變壓器的負(fù)載電流的大小有著很大的聯(lián)系。

2.2 設(shè)置自動(dòng)調(diào)壓器

圖2 常見的自動(dòng)調(diào)壓器

設(shè)置自動(dòng)調(diào)壓器是10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)實(shí)施的重要基礎(chǔ)。10kV配電變壓器運(yùn)行過程中的負(fù)載與其節(jié)能能力有著很大的聯(lián)系，如下表所示。具體來說，當(dāng)負(fù)載超過額定的5%時(shí)，鐵損就會(huì)有大約15%左右的增加，而超過額定10%時(shí)，能量損耗就會(huì)直接提升到150%，所以說，要想實(shí)現(xiàn)變壓器的節(jié)能，就要針對配電系統(tǒng)的負(fù)載自動(dòng)化調(diào)控進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓器的設(shè)置，要通過額定電壓的保持，去進(jìn)行節(jié)能功能的實(shí)現(xiàn)。自動(dòng)調(diào)壓器可以在很大程度上保持配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與節(jié)能性，通常情況下，波動(dòng)都會(huì)控制在20%以內(nèi)。與此同時(shí)，自動(dòng)調(diào)壓器還可以根據(jù)不同的負(fù)載情況進(jìn)行分接頭的針對性調(diào)節(jié)，從而把出線電壓維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)。但是，現(xiàn)階段，自動(dòng)調(diào)壓器的設(shè)置還無法滿足長距離輸電的電壓保持需求，還會(huì)引發(fā)遠(yuǎn)近線路電壓差異較大，進(jìn)而對供電質(zhì)量造成不良影響，所以最好把自動(dòng)調(diào)壓器與無功補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)合使用。

表1 10kV配電變壓器運(yùn)行過程中的負(fù)載與其節(jié)能能力的聯(lián)系

2.3 優(yōu)化負(fù)載方案

優(yōu)化變壓器之間的負(fù)載方案是10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段，對于10kV配電變壓器的設(shè)計(jì)、裝配來說，通常是需要多臺(tái)變壓器聯(lián)合使用的，不僅僅是為了提升供電容量，還是為了維持配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但是在一定程度上引起了配電網(wǎng)的節(jié)能問題。而要想提升這種模式下的節(jié)能能力，可以進(jìn)行變壓器組間的負(fù)載情況的轉(zhuǎn)變。具體來說，在進(jìn)行10kV配電變壓器組的設(shè)計(jì)以及分配的過程中，有根據(jù)相關(guān)的節(jié)能要求，進(jìn)行負(fù)載方案的優(yōu)化，從而降低配電變壓器組的能量損耗。例如，在并列式配電變壓器組的設(shè)計(jì)過程中,首先，要根據(jù)進(jìn)行兩臺(tái)變壓器的分別損耗的計(jì)算，再根據(jù)分別損耗，進(jìn)行綜合損耗的計(jì)算，得出相應(yīng)的損耗關(guān)系，從而進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案的確定與優(yōu)化。

2.4 平衡三相負(fù)載

平衡三相負(fù)載是10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)實(shí)施的必要手段。通常情況下，對于10kV配電變壓器來說，如果出現(xiàn)線路中三相負(fù)載的不平衡現(xiàn)象，就會(huì)引發(fā)整體電流的變化，導(dǎo)致三相壓差增大，從而在一定程度上影響配電的質(zhì)量，而且其他相的負(fù)載電流也會(huì)產(chǎn)生變化，增加銅損，影響電磁平衡，甚至是產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，從而增大變壓器的能耗。為了保證三相負(fù)載的平衡, 需要將變壓器設(shè)置在配電線路的中心, 并且在運(yùn)行過程中對線路進(jìn)行監(jiān)測, 同時(shí)配電系統(tǒng)需要加裝消諧以及無功補(bǔ)償系統(tǒng), 另外對于大功率用電器, 需要設(shè)立專用的單向變壓器, 并將之直接與高壓電網(wǎng)相連接。通過這些措施能夠保證配電網(wǎng)中的三相負(fù)載處于平衡或近似平衡狀態(tài)。

2.5 引入新材料與新工藝

引入新材料與新工藝同樣是10kV配電變壓器的節(jié)能技術(shù)實(shí)施的重要內(nèi)容。雖然我國10kV配電變壓器應(yīng)用范圍廣、發(fā)展時(shí)間較長，但是在節(jié)能方面還比較落后，究其原因，主要是由于材料使用以及制作工藝兩個(gè)方面的先進(jìn)性不足導(dǎo)致的。所以加強(qiáng)新材料和新工藝的引入是十分必要的。具體來說，首先，要轉(zhuǎn)變以往材料易腐蝕、電阻大的不足，加強(qiáng)無氧銅和磁體等材料的引進(jìn)，降低線圈的數(shù)量，通過鐵芯降低電磁損耗，從而實(shí)現(xiàn)配電變壓器的節(jié)能。其次，要轉(zhuǎn)變以往的配電變壓器生產(chǎn)方式，降低各零部件的生產(chǎn)參數(shù)的影響，優(yōu)化現(xiàn)有工藝，積極引進(jìn)先進(jìn)工藝，從而在降低生產(chǎn)誤差的同時(shí)，提升10kV配電變壓器節(jié)能的能力。

3 結(jié)束語

本文從實(shí)際出發(fā)分析10kV配電變壓器節(jié)能技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)存問題，與時(shí)俱進(jìn)，做好損耗問題的分析、自動(dòng)調(diào)壓器的設(shè)置、負(fù)載方案的優(yōu)化、三相負(fù)載的平衡以及新材料與新工藝的引入，對10kV配電變壓器節(jié)能能力的提高有著重要的影響。