低壓配電變壓器節(jié)能關鍵技術研究

婁金飛

[摘 ? ?要]低壓配電變壓器是我國電網中重要的電力設備，其數量繁多，是保證電網運行穩(wěn)定性的關鍵，整體電能消耗較大。隨著節(jié)能理念在我國電力事業(yè)廣泛推廣，我國對低壓配電變壓器節(jié)能技術的研究也進入到了一個新的階段，如何降低配電變壓器能耗成為電力事業(yè)發(fā)展的關鍵方向之一?；诖耍瑢ΜF有配電變壓器運行特點進行了分析，并對變壓器節(jié)能關鍵技術進行了針對性探討。

[關鍵詞]低壓配電變壓器;節(jié)能;關鍵技術

[中圖分類號]TM63 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]Low voltage distribution transformer is an important power equipment in China's power grid， its quantity is numerous， it is the key to ensure the stability of power grid operation， and the overall power consumption is large. With the wide promotion of energy saving concept in China's electric power industry， the research on energy saving technology of low-voltage distribution transformers in China has also entered a new stage. How to reduce the energy consumption of distribution transformers has become one of the key directions in the development of power industry. Based on this， this paper attempts to analyze the operating characteristics of existing distribution transformers， and discusses the key technologies of transformer energy saving.

[Keywords]low voltage distribution transformer; energy saving; key technology

在配電網運行過程中，變壓器發(fā)揮了不可替代的作用，其可以實現對配電網中不同電壓等級電能間的相互轉化，在我國電能生產以及輸送中廣泛應用。對于變壓器設備來說，在電力系統中的分布非常廣泛，數量極多，無論是發(fā)電環(huán)節(jié)、輸電環(huán)節(jié)、配電環(huán)節(jié)還是各用電環(huán)節(jié)中都會在不同程度上應用到變壓器設備。目前，變壓器的容量通常是發(fā)電容量的4～6倍，這也就決定了變壓器必須是一個高效能的設備，這樣才能使其在電網中的關鍵作用得到有效發(fā)揮。但與此同時，變壓器也是一個高效能的設備，再加上其在配電網中的分布數量極多，自身容量較大，其總耗能情況已經達到了發(fā)電量的10%甚至更多，這也就意味著我國每年變壓器所消耗的電能幾乎是一個天文數字，已經相當于一個大型電力系統的發(fā)電量。因此，對現有配置進行節(jié)能優(yōu)化是非常重要的，這也是現階段我國電力系統實現經濟運行的重要舉措。

1 低壓配電變壓器節(jié)能關鍵技術研究現狀

現階段，變壓器在我國配電網中的應用非常廣泛，電能耗損較大，應用新型節(jié)能變壓器降低變壓器整體耗損已經成為了我國配電網系統優(yōu)化的重要方向。整體來看，為了實現對配電網中變壓器耗能情況的有效優(yōu)化控制，進而提升變壓器運轉經濟性，我國已經對變壓器的電磁原理有了更加深入的研究，開始嘗試利用變壓器容量與其耗損之間的關系來對變壓器耗能情況進行控制，這樣也可以實現對配電網系統整體運行成本的控制。世界各國對于變壓器節(jié)能優(yōu)化關鍵技術的重視程度越來越高，日本、美國、德國等在此方面的研究一直走在世界前列。例如，美國已經將非晶合金在配電網變壓器中的應用全面落實，早在2000年左右，美國的非晶合金變壓器已占配電變壓器總數的25%左右，經過20 a來的不斷研究探索，美國已經成為了非晶合金變壓器研究開發(fā)最深入的國家。我國對于配電網變壓器的研究雖然已經經歷了幾個階段，但是整體來看，其在節(jié)能方面的研究尚且不夠深入，對于節(jié)能關鍵技術開發(fā)的重視程度并不高，缺少有價值的理論以及實驗研究成果，相關文獻研究往往也較為淺顯，不能夠直接作為開展實踐的理論基礎。從1998年開始，我國政府帶頭開展了全國聯網改造工作，用S9系列變壓器全面取代了S7系列變壓器，與此同時也開發(fā)了其他的節(jié)能產品，主要包括卷鐵芯變壓器、非晶合金變壓器等等，但這些變壓器很快便在此后陸續(xù)開展的兩次全國規(guī)模的更新換代中淘汰，其淘汰原因是因為新產品僅比過去老產品降低5%～10%能耗，整體能耗控制效果并不十分理想?，F階段，我國市場已經陸續(xù)出現了S10以及S11系列產品，將其與之前的S9系列節(jié)能產品進行比較可以發(fā)現其節(jié)能效果已經有所提升，可行性也有所提升，但依然與國際水平存在較大差距。

2 低壓配電變壓器節(jié)能關鍵技術分析

2.1 變壓器材料節(jié)能

想要實現對變壓器能耗的有效控制，主要是通過導磁材料以及導電材料不斷優(yōu)化發(fā)展來實現的。近年來，我國在薄硅鋼片等導磁材料的發(fā)展已經進入到了一個新的階段，整體技術改進以及提升較為明顯。此外，在非晶材料方面的發(fā)展也起到了優(yōu)化變壓器能耗的作用，現階段這些材料已經被應用到了我國部分配電網變壓器中。對于非晶合金變壓器來說，是由厚度為普通硅鋼片1/10的非晶合金材料制作而成的，在實際應用的過程中，此種材料發(fā)揮了較為理想的節(jié)能效果，主要優(yōu)勢體現在高電阻率、高磁導率。非晶合金材料在配電變壓器中應用之后，將其與之前的硅鋼片變壓器損耗情況進行對比可以發(fā)現，其空負荷損耗降低70%以上，已經達到了較為理想的節(jié)能效果。但是對于這種通過改進優(yōu)化材料性能的方式來對變壓器耗能情況進行降低往往會受到現階段我國整體科技水平的限制，使得此種方式的研究以及應用存在一定局限性，并且有關材料往往市場價格偏高，大量采購此種材料也不利于對配電網經濟成本進行有效控制。但是整體來看，我國現階段依然是以非晶合金鐵芯變壓器為主，其所具有的無噪音、低損耗的特點受到了我國電力行業(yè)的廣泛歡迎。目前S11系列節(jié)能變壓器在我國市場中的應用最為廣泛，將其與上一代S9系列節(jié)能產品進行對比可以發(fā)現，其在空載損耗方面已經達到了較為理想的優(yōu)化效果，這也是其之所以能夠廣泛在電力市場中進行應用的關鍵。將二者負載消耗情況進行對比發(fā)現，S11系列與S9系列在此方面的能耗情況基本相同，是將現階段市場廣泛應用的S11系列節(jié)能變壓器與之前所應用的S9系列節(jié)能變壓器空載以及負載情況下的損耗情況進行了對比，并且通過“空載損耗率=空載損耗工藝系數×單位損耗×鐵心重量”的方式計算出了空載損耗率，如表1所示。

2.2 變壓器運行節(jié)能

2.2.1 合理運用自動調壓器

在配電變壓器實際運行的過程中，其電壓水平與鐵損之間存在正相關，隨著電壓水平的提升，其內部鐵損也勢必會有所增加。經過長期實驗表明，當配電變壓器的過壓水平達到10%時，其內部鐵損會增加到50%左右，并且變壓器的空載電流也會隨之增加，這會使配電網的整體電能損耗總量明顯提升，不利于配電網的經濟運行。因此想要實現對配電網運行過程中變壓器能耗的有效控制，應該避免設備在運行過程中出現持續(xù)性過電壓現象，這樣一來不僅可以延長配電變壓器自身的使用壽命，同時也使得變壓器內部的鐵損消耗得到了有效控制，更加有利于保障變壓器的穩(wěn)定運行，同時也提升了配電網系統的整體運行安全性。目前，自動調壓器的研發(fā)以及應用在一定程度上保證了配電網系統的整體運行穩(wěn)定性，自動調壓器可以實現對配電網輸入電壓的變化情況進行跟蹤監(jiān)測，可以對其運行過程中由負載變化所引起的電壓波動情況進行詳細核查，從而在很大程度上保證了變壓器可以輸出恒定電壓，使得配電網系統的輸出電壓與輸入電壓之間波動范圍不會超過20%，通過這種對輸入電壓進行實時監(jiān)測以及實時調整的方式可以使配電網系統的電壓得到持續(xù)性的控制。自動調壓器在我國配電網系統中的廣泛應用也標志著我國在配電網運行節(jié)能方面的研究進入到了一個新的階段，并且已經取得了階段性的成果。

通過舉例說明的方式來對自動調壓器的應用方法以及應用效果進行闡述：當變壓器設備的容量處于正常大小時，想要實現對整個配電網系統損耗情況的有效控制，保證系統的經濟運行，需要有一個變壓器作為支撐，一般情況下，如果變壓器的數量較多，那么整個變電站內部的負載情況也會明顯增加，甚至會增加十幾倍到幾十倍，這會使配電網系統的損耗明顯提升，從而無法實現配電網系統的經濟運行。因此，在配電網系統運行的過程中，需要應用人為干擾的方式來對變壓器進行投入或者切除操作，應該注意根據當前配電網的運行情況以及實際電力載荷要求來對配電變壓器進行選擇，這樣才能保證配電變壓器應用的針對性，適配合適的低壓配電變壓器能夠有效保證變壓器設備的經濟運行效果，從而實現了對配電網系統整體運行成本的有效控制，也使得電能損耗控制達到了標準要求，有利于進一步延長配電網中配電變壓器的使用壽命。

2.2.2 強化配電變壓器三相負荷不平衡工況優(yōu)化調整

配電變壓器存在的三相負荷不平衡也是導致其能耗巨大的關鍵因素之一，當變壓器處于三相平衡運行狀態(tài)時，其整體負載損耗最小，經濟性最高;如果變壓器在運行過程中出現三相負荷不平衡的現象，其損耗會明顯提升，主要是因為這時的總能耗為三相損耗總和。對于配電變壓器來說，之所以會出現變壓器三相負荷不平衡的工況，其主要原因體現在以下兩個方面：①管理上存在薄弱環(huán)節(jié)。目前來看，致使配電變壓器出現三相負荷不平衡工況最為主要的原因是運行管理存在漏洞或者薄弱環(huán)節(jié)，沒有對其整體運行狀態(tài)進行持續(xù)性考核管理，致使配電網系統的整體運行存在隨意性，維護人員也在一定程度上放松了對變壓器三相負荷的管理，從而致使其出現了持續(xù)性的三相負荷不平衡工況。②受到了單相用電設備的影響。由于現階段我國很大一部分配電網線路都是動力線路與照明線路的混載，由于單相用電設備的用戶橫向用電差異較大，這也經常會導致配電變壓器出現三相負荷不平衡的工況，進而增加了配電網整體損耗。

在解決變壓器三相負荷不平衡工況問題時，可以嘗試從以下幾個方面進行：①優(yōu)化改造原有配電網系統，強化三相負荷分布控制。應該注意結合現有的農網線路，來對電網進行合理設計改造，要將配電變壓器設置在負荷中心，對其供電半徑進行準確設定，要注意應用三相四線制供電方式，盡量不采用單相供電，從而降低供電改造隨意性;②強化供電管理，負荷平衡。想要實現對變壓器負荷平衡狀態(tài)的有效保證，應該注意進一步強化供電管理工作，要注意將用電與配電進行緊密結合，很多時候用戶往往會涉及到臨時用電以及季節(jié)性用電，相關配電變壓器的運行管理人員應該對用戶的用電信息進行及時掌握，從而實現對用電形式的合理銜接。③強化無功補償，促進三相負荷平衡。現階段來看，我國單項設備數量正呈現出不斷增加的趨勢，這就需要三相電流進行平衡補充，從而在一定程度上導致電壓質量下降。今后應該注意對上述情況進行就地無功補償，從而達到降低線損的目的。

3 結束語

我國對低壓配電電壓器節(jié)能關鍵技術的研究不斷深入，并且已經意識到了應用自動調壓器的必要性，對自動調壓器進行了進一步優(yōu)化，使得控制電壓的作用得到了充分發(fā)揮。此外，今后還要注意對變壓器三相負荷不平衡工況進行優(yōu)化管理，從而實現對配電網系統整體損耗的有效控制。

參考文獻

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