低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)分析

宋靈開(kāi)

摘要：目前，隨著綠色環(huán)保理念深入人心，人們對(duì)電力系統(tǒng)提出了更高的要求，而加強(qiáng)對(duì)低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)的運(yùn)用，則可以達(dá)到節(jié)約資源的目的。因此，本文將對(duì)低壓配電變壓器進(jìn)行闡述，并詳細(xì)分析低壓配電變壓器的節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，希望可以為相關(guān)工作者的研究提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：低壓；配電變壓器；節(jié)能；關(guān)鍵技術(shù)

前言

進(jìn)入新時(shí)代后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)獲得了更好發(fā)展，能夠有效保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性。而在具體運(yùn)行過(guò)程中，為了將國(guó)家倡導(dǎo)的綠色環(huán)保理念落到實(shí)處，還必須合理運(yùn)用節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)。因此，必須了解低壓配電變壓器，并充分發(fā)揮出關(guān)鍵技術(shù)作用，從而有效節(jié)約電力資源。

一、低壓配電變壓器概述

（一）配電變壓器

在配電系統(tǒng)中，變壓器屬于重要設(shè)備，其能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)電壓進(jìn)行有效控制，并完成分配、輸送電能工作[1]。通常情況下，變壓器有著較高的使用效率，大約在98%左右，但由于配電系統(tǒng)容量較大、數(shù)量眾多，這使得實(shí)際運(yùn)行中的總損耗較多。通過(guò)調(diào)查可知，我國(guó)變壓器的總損耗在整個(gè)配電系統(tǒng)損耗中占據(jù)30%。在這種情況下，在最大程度上降低配電系統(tǒng)中的變壓器損耗，促進(jìn)環(huán)保、節(jié)能的實(shí)現(xiàn)，是當(dāng)前電力系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

（二）實(shí)際工作原理

在具體運(yùn)行過(guò)程中，配電變壓器主要是對(duì)以電磁感應(yīng)原理為主的電氣設(shè)備進(jìn)行利用，在兩個(gè)互相影響的電磁繞組作用下，對(duì)電流強(qiáng)度與電壓進(jìn)行改變，并促進(jìn)電流特性轉(zhuǎn)變的實(shí)現(xiàn)。一般配電變壓器由初級(jí)線圈、次級(jí)線圈以及磁芯共同構(gòu)成。在理想狀態(tài)下，配電變壓器的兩組線圈會(huì)產(chǎn)生同樣大的電功率，即P初=P次，這時(shí)，初級(jí)線圈與次級(jí)線圈的電壓與圈數(shù)之間的關(guān)系是U初/U次=N初/N次，在綜合考慮設(shè)計(jì)與實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，就能夠?qū)崿F(xiàn)配電變壓器電力間轉(zhuǎn)換運(yùn)用。

二、低壓配電變壓器節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)分析

（一）配電變壓器材料選擇

要想將低壓配電變壓器損耗降到最低，真正實(shí)現(xiàn)環(huán)保、節(jié)能，就必須對(duì)變壓器材料進(jìn)行合理選擇，并加強(qiáng)對(duì)導(dǎo)電材料技術(shù)、導(dǎo)磁材料等的運(yùn)用。目前，薄硅鋼片是有著最廣泛運(yùn)用的一種材料，并且晶材料發(fā)展還促進(jìn)了變壓器發(fā)展。在20世紀(jì)80年代，非晶合金鐵心逐漸實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，相關(guān)的配電變壓器也在全世界得到了廣泛運(yùn)用，至今已經(jīng)增加到幾十萬(wàn)臺(tái)。非晶合金這一配電變壓器中的鐵芯是由只有普通硅鋼片十分之一厚度的非晶合金材料制作的，電阻率高、矯頑力低、磁導(dǎo)率高以及鐵損低是這一材料的主要特點(diǎn)。因此，相較于硅鋼片制成的配電變壓器，非晶合金配電變壓器可以大幅度降低空負(fù)荷損耗，通常會(huì)減少70%到80%左右，而空載電流則能夠降低80%。由此可知，在節(jié)省電能、降低損耗方面，非晶合金配電變壓器有著巨大優(yōu)勢(shì)。但需要注意的是，通過(guò)對(duì)這一材料的運(yùn)用來(lái)使變壓器損耗降低雖然會(huì)取得一定成效，但科學(xué)技術(shù)實(shí)際發(fā)展情況對(duì)其起著重要影響，而且由于價(jià)格過(guò)高，其在市場(chǎng)上并沒(méi)有得到較高推廣度[2]。

通過(guò)分析可知，非晶合金鐵心變壓器不但具備損耗低、無(wú)噪音等優(yōu)點(diǎn)，且空載耗損只有普通產(chǎn)品的20%，其還具有運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)需維護(hù)以及完全密封等特點(diǎn)。當(dāng)前，市場(chǎng)上廣泛運(yùn)用的是S11這一系列的節(jié)能變壓器，通過(guò)對(duì)比S9系列產(chǎn)品參數(shù)可知，在空載損耗方面，S11系列更低，大概會(huì)低75%，而在負(fù)載損耗方面，S11系列與S9系列產(chǎn)品則沒(méi)有太大差別。具體比較結(jié)果如下（部分）：在額定容量是30千伏安時(shí)，S11變壓器的空載損耗是100瓦，負(fù)載損耗是600瓦，空載損耗率是0.4%；S9變壓器的空載損耗是130瓦，負(fù)載損耗是600瓦，空載損耗率是2.1%。在額定容量是100千伏安時(shí)，S11變壓器的空載損耗是200瓦，負(fù)載損耗是1500瓦，空載損耗率是0.3%；S9變壓器的空載損耗是290瓦，負(fù)載損耗是1505瓦，空載損耗率是1.6%。在額定容量是1000千伏安時(shí)，S11變壓器的空載損耗是1150瓦，負(fù)載損耗是10300瓦，空載損耗率是0.23%；S9變壓器的空載損耗是1690瓦，負(fù)載損耗是10300瓦，空載損耗率是0.8%。

（二）節(jié)能運(yùn)行方式

結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，在配電變壓器的過(guò)電壓是5%時(shí)，內(nèi)部的鐵損會(huì)加大15%；在配電變壓器的過(guò)電壓是10%時(shí)，內(nèi)部的鐵損則會(huì)加大50%，并且還會(huì)大幅度提高空載電流，從而促進(jìn)無(wú)功損耗總量的增加。因此，在具體運(yùn)行中，必須利用相應(yīng)設(shè)備對(duì)配電變壓器進(jìn)行控制，防止過(guò)電壓運(yùn)行情況的出現(xiàn)。這樣，不但能夠使配電變壓器的使用壽命延長(zhǎng)，還可以將變壓器中的激磁損耗與鐵損降到最低，為配電變壓器平穩(wěn)、高效運(yùn)行提供有力保障。自動(dòng)調(diào)壓器屬于三相自耦變壓器，其能夠?qū)σ蜇?fù)載波動(dòng)而導(dǎo)致的配電網(wǎng)輸入電壓變化進(jìn)行自動(dòng)跟蹤，從而保障電壓的恒定輸出。同時(shí)，在配電網(wǎng)的波動(dòng)處在20%左右時(shí)，其還能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)輸入電壓。

在正常狀態(tài)下，若客戶(hù)提供的單一設(shè)備容量并不大，那么只需要具備一個(gè)變壓器，就能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并促進(jìn)供電可靠性的提升[3]。若變電站中存在兩個(gè)及以上配電變壓器，那么在負(fù)載變化影響下，變電站需要對(duì)變壓器進(jìn)行切除或者是投入等操作。與負(fù)荷要求相符的低壓配電變壓器要充分考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，這也就意味著要將變壓器功率損耗降到最低，并減少運(yùn)營(yíng)成本。在與負(fù)荷要求相符的條件下，可以暫停使用某個(gè)低壓配電變壓器，以此來(lái)將變壓器運(yùn)行所需要的費(fèi)用降到最低。其中，空載損耗與短路損耗可以通過(guò)以下式子表示：△PK?=△PK+Kw△QK、△Pe?=△Pe+Kw△Qe。Kw指的是無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，具體定義是在電力系統(tǒng)中，無(wú)功損耗每增加1千乏必須消耗的有功功率，通常情況下，該數(shù)值選取0.07到0.1。若負(fù)荷率β=|S/Se|，那么在實(shí)際運(yùn)行中，低壓配電變壓器功率損耗可以由以下式子進(jìn)行表達(dá)：△Pb=△PK?+△Pe?|S/Se|2=△PK?+△Pe?β2。通過(guò)這一表達(dá)式可知，△PK?與△Pe?是指空載功率損耗與短路功率損耗值中損失的有功、無(wú)功功率。

若變電站存在超過(guò)兩臺(tái)的容量與類(lèi)型均不同的變壓器，那么就可以依照上述方式，通過(guò)對(duì)各種運(yùn)行曲線的分析，得到低壓配電變壓器有功損耗，并依照負(fù)載不同情況下有功功率損耗最低這一原則，對(duì)配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最佳方式進(jìn)行明確。

配電變壓器能耗較大的一個(gè)原因就是三相負(fù)荷不平衡。實(shí)踐表明，在三相負(fù)荷平衡情況下，配電變壓器的負(fù)載損耗最低；在三相負(fù)荷不平衡情況下，三項(xiàng)損耗總和就是配電變壓器的總能耗，特別是在三相負(fù)荷不平衡狀態(tài)達(dá)到最大程度之后，變壓器損耗會(huì)是其處在平衡狀態(tài)下的三倍。同時(shí)，在三相負(fù)荷不平衡情況下，不但會(huì)加大配電變壓器能耗，還會(huì)使一次高壓側(cè)線路的損耗加大。分析實(shí)際運(yùn)行調(diào)查結(jié)果可知，在最大不平衡狀態(tài)下，配電變壓器的高壓線路電能損耗會(huì)提升12.5%。

無(wú)功補(bǔ)償主要有三種方式，即對(duì)變壓器進(jìn)行集中補(bǔ)償，以并聯(lián)方式在配電線路中安裝電容器組；就地補(bǔ)償單個(gè)電動(dòng)機(jī)，并聯(lián)安裝電容器；分組補(bǔ)償變壓器，把電容器并聯(lián)安裝在車(chē)間配電屏。這樣，可以有效挖掘設(shè)備輸送功率的潛力。

（三）實(shí)際運(yùn)行環(huán)境

為了改善配電變壓器運(yùn)行條件，還應(yīng)該促進(jìn)負(fù)載功率因數(shù)的提升。這主要是因?yàn)槿艄β室驍?shù)過(guò)低，那么在經(jīng)過(guò)電壓器后，無(wú)功電流會(huì)增加，對(duì)有功電流的產(chǎn)生進(jìn)行限制，并使低壓配電變壓器負(fù)載功率與運(yùn)行效率降低。因此，可以利用無(wú)功補(bǔ)償來(lái)處理配電變壓器的二次側(cè)，并以運(yùn)行設(shè)備功率因素提高為前提，將低壓配電變壓器無(wú)功電流降到最低，以此來(lái)促進(jìn)其運(yùn)行效率與負(fù)載功率的提升。

變壓器運(yùn)行環(huán)境改變是指改善當(dāng)前低壓配電變壓器的實(shí)際工作環(huán)境，即將環(huán)境溫度降低。在實(shí)際工作中，若配電變壓器處在有著較差通風(fēng)效果且溫度過(guò)高的環(huán)境中，那么就會(huì)嚴(yán)重影響其運(yùn)行效率，并加快低壓配電變壓器絕緣老化速度，會(huì)縮短變壓器使用年限。因此，要想將變壓器作用充分發(fā)揮出來(lái)，促進(jìn)環(huán)保、節(jié)能目的的實(shí)現(xiàn)，就必須對(duì)低壓配電變壓器工作環(huán)境進(jìn)行改善，保證溫度處在合適范圍內(nèi)，并具有較好的通風(fēng)性[4]。

結(jié)論

綜上所述，環(huán)保節(jié)能已經(jīng)成為了低壓配電變壓器的主要發(fā)展方向。因此，必須了解配電變壓器工作原理，并從材料選擇、節(jié)能運(yùn)行方式以及運(yùn)行環(huán)境改善等方面入手，優(yōu)化低壓配電變壓器設(shè)計(jì)，合理運(yùn)用節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)，從而促進(jìn)環(huán)保節(jié)能目的的實(shí)現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陶云飛.低壓配電系統(tǒng)中變壓器節(jié)能分析[J].智能建筑電氣技術(shù)，2014，8（01）：43-47.

[2]錢(qián)澄清，付京飛，張先玉.變壓器與低壓配電導(dǎo)體節(jié)能的探討[J].電氣應(yīng)用，2011，30（18）：25-27+34.

[3]陳濤.10kV配電變壓器低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償節(jié)電計(jì)算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2017（12）：254-255.

[4]劉明祥，孫建東，王江寧.淺析有載調(diào)容變壓器在低壓配電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)電信息，2014（30）：43-44.

（作者單位：黑龍江省大慶市采油四廠二礦維修隊(duì)）