摘要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,用電量逐年增加,作為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電能輸送與分配的重要設(shè)備之一, 變壓器的用量也勢必不斷增長, 降低變壓器損耗是降低電網(wǎng)線損的關(guān)鍵。變壓器的節(jié)能措施涵蓋在變壓器生產(chǎn)、使用、運(yùn)行等各個(gè)方面。本文首先分析了變壓器運(yùn)行的損耗及制造中的降耗措施，然后從配變損耗增大原因及在變壓器的選型、配置、運(yùn)行方式、無功補(bǔ)償和管理等7各方面?zhèn)€方面探討了變壓器的節(jié)能降耗措施。
    關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；變壓器；節(jié)能降耗
    1 引言：變壓器是電網(wǎng)中運(yùn)用最普遍的設(shè)備之一,它貫穿于電力系統(tǒng)的發(fā)、輸、變、配、用各個(gè)環(huán)節(jié)。一般說來,從發(fā)電到用電需要經(jīng)過3～5次的電壓變換過程,其中變壓器必然產(chǎn)生有功和無功損耗,其電能總損耗約占發(fā)電量的10%。尤其在配電網(wǎng)中,增加配變布點(diǎn)的要求使得配電變壓器的數(shù)量和總?cè)萘糠浅｝嫶? 在配電網(wǎng)線損中配電變壓器損耗占了60％以上。在整個(gè)電力系統(tǒng)中，變壓器中占了相當(dāng)比例。因此,提高配變的運(yùn)行效率、降低配網(wǎng)損耗具有極為重大的意義。
    2  變壓器的損耗分析及在制造工藝上應(yīng)采取的措施
    變壓器運(yùn)行時(shí)從電網(wǎng)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(yīng)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(fù)載。其中消耗在電阻上的叫銅耗，消耗在鐵心上的叫。變壓器的損耗就包括鐵損和銅損。鐵耗與鐵芯的材質(zhì)有關(guān),與負(fù)荷大小無關(guān),其值基本上是固定的;銅耗與變壓器的負(fù)載密切相關(guān),近似與負(fù)荷電流的平方成正比。
    2.1 降低空載損耗，改進(jìn)鐵心結(jié)構(gòu)。
    空載損耗雖然只占變壓器總損耗的20％～30％，但它不是隨負(fù)載變化而變化的損耗。對于年最大負(fù)載利用小時(shí)較低的中小型變壓器來說，降低空載損耗的意義更為重大。變壓器空載損耗為Po=KcPcGc，要降低空載損耗，就必須降低鐵心質(zhì)量Gc、單位損耗Pc、工藝系數(shù)Kc。
    改進(jìn)措施
    （1）采用優(yōu)良的硅鋼片。硅鋼片越好，則單位損耗Pc越小。
    （2） 改進(jìn)貼心結(jié)構(gòu)和工藝，降低工藝系數(shù)Kc。當(dāng)硅鋼片一定時(shí)，單位損耗一定，而降低鐵心質(zhì)量時(shí)，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(shù)Kc。
    2.2  降低負(fù)載損耗，改進(jìn)絕緣結(jié)。
    負(fù)載損耗占總損耗的70％～80％，數(shù)值很大。變壓器的負(fù)載損耗近似為繞組的電阻損耗。表示為Pk=KmδGm（？）即負(fù)載損耗與鐵芯損耗于導(dǎo)線質(zhì)量Km、電流密度δ、電導(dǎo)率Gm有關(guān)。
    降低措施：
    （1） 降低電導(dǎo)率Km，采用電導(dǎo)率高的銅線。
    （2） 降低導(dǎo)線重量時(shí)，電流密度成二次方增大，負(fù)載損耗反而上升。降低電流密度，可以降低負(fù)載損耗，但導(dǎo)線重量增大，浪費(fèi)了材料。
    （3） 從減少匝數(shù)出發(fā)，可以降低負(fù)載損耗，但增大了鐵心質(zhì)量。
    因此，直接改變變壓器導(dǎo)電體數(shù)據(jù)來降低負(fù)載損耗是有困難的，除了適當(dāng)降低電流密度外，只有從改善絕緣結(jié)構(gòu)、縮小絕緣的體積。提高繞組填充系數(shù)著手，來減少繞組尺寸，以減少負(fù)載漏損耗。
    2.3 降低其他損耗，改進(jìn)其他結(jié)構(gòu)。
    設(shè)計(jì)中應(yīng)將繞組安匝調(diào)整得很平衡，控制了繞組的漏磁通。這就降低了郵箱等結(jié)構(gòu)件中的雜散損耗；在變壓器油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(qiáng)綁扎，對繞組繞制尺寸加以嚴(yán)格規(guī)定，這些都有助于提高繞組的機(jī)械強(qiáng)度。
    3. 造成變壓器損耗增大的外部原因
    3.1  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(yùn)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(yùn)行溫度實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
    3.2  三相電流不平衡。
    負(fù)序電流最大不能超過正序電流的5%。如果變壓器繞組為YO接線，在中線流過的電流不應(yīng)超過變壓器的額定電流的25%。否則損耗將加大。
    3.3  高次諧波
    在電力系統(tǒng)中各種高次諧波會(huì)造成電能損耗，對于電力變壓器要減少或消除供電系統(tǒng)的高次諧波。
    3.4  負(fù)載率太低或太高低
    當(dāng)負(fù)載太小時(shí)，變壓器無功損耗加大，功率因數(shù)變差；當(dāng)變壓器過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，會(huì)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(yùn)行的負(fù)載在60～70%Se時(shí)處于理想狀態(tài)，此時(shí)變壓器損耗較小，運(yùn)行費(fèi)用較低。
    3.5  安裝地點(diǎn)不夠合理，供電半徑較大
        按照運(yùn)行規(guī)程及設(shè)計(jì)規(guī)程要求，配電變壓器應(yīng)設(shè)置在負(fù)荷中心，供電半徑不大于500m，但實(shí)際運(yùn)行中，有部分變壓器供電半徑接近或超過了500m，特別一些供水企業(yè)，一些水泵的供電線路最遠(yuǎn)的達(dá)到了1O00m以上，造成末端電壓過低，設(shè)備啟動(dòng)困難。
    4 建設(shè)性措施
    4.1 合理選擇變壓器型號(hào)，加快高能耗變壓器更新改造
    我國S7 系列變壓器是20世紀(jì)80 年代后推出的，其空載損耗和短路損耗均較高。目前推廣應(yīng)用的是S11 系列變壓器及非晶合金變壓器、新一代干式變壓器等低損耗變壓器。目前全國在網(wǎng)運(yùn)行的1980年以前生產(chǎn)的老式配電變壓器仍有2.5 kVA，與S9 系列變壓器相比，它們的損耗高出40%，全年多損耗電能近100 億kW·h，從環(huán)保方面看，相當(dāng)于7000多萬桶原油產(chǎn)生的能量，每年向大氣排放大量二氧化硫和二氧化碳。此外，由于這批變壓器使用時(shí)間大都已超過20 年，絕緣層老化、維修不方便，事故隱患不斷。因此，更換高損耗配變帶來的節(jié)能效益是非?？捎^的，且有利于增強(qiáng)配網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。
    4.2 合理選擇變壓器容量及安裝地點(diǎn)
    一般電力變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗之比大約在1/4～1/3之間，因此，當(dāng)變壓器負(fù)載率在50%～70%時(shí)，變壓器的運(yùn)行效率最高。故應(yīng)根據(jù)配變所供負(fù)荷的特點(diǎn)，計(jì)算負(fù)荷變化的范圍，在同時(shí)考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩因素的前提下，合理地配置變壓器的容量及臺(tái)數(shù)，這樣既可減少基本電費(fèi)，提高運(yùn)行效率，又能降低變壓器損耗。
    隨著變壓器制造技術(shù)的不斷提高，其空載損耗和負(fù)載損耗都有大幅下降。但是，在變壓器的發(fā)展過程中，空載損耗的下降速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過負(fù)載損耗的下降速度，這是在磁性材料的制造技術(shù)方面進(jìn)展較快的結(jié)果。隨之而來的一個(gè)變化是，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行容量明顯下降，以非晶合金變壓器為例，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行容量下降到了20%～30%，且隨著變壓器容量的增大，節(jié)能效率也逐步提高。因此，在工程選型時(shí)非晶合金變壓器的容量宜大些。對于季節(jié)性負(fù)荷較強(qiáng)的地區(qū)，如果配變處于輕載的時(shí)間較長，其空載損耗將成為電能損耗的主要部分。因此，在這類地區(qū)宜采用非晶合金變壓器。
    4.3 正確選擇變壓器安裝位置
        變壓器應(yīng)盡量安裝在負(fù)荷中心，或最大負(fù)荷點(diǎn)。依照《中國南方電網(wǎng)城市配電網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)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(dá)到規(guī)程要求。且配電布線宜呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量避免采用鏈狀或樹狀結(jié)構(gòu)。在工廠中，應(yīng)將變壓器室及低壓配電中心就近設(shè)置在最大的動(dòng)力設(shè)備附近。
    4.4 做好交接試驗(yàn)，把好入網(wǎng)關(guān)
        由于近幾年材料價(jià)格上漲以及變壓器生產(chǎn)廠商技術(shù)水平、生產(chǎn)工藝參差不齊，生產(chǎn)出來的新變壓器性能參數(shù)不一定達(dá)到技術(shù)條件，主要表現(xiàn)為變壓器空載損耗較大。該部分變壓器的入網(wǎng)，必定增加損耗。供電部門在投運(yùn)前一定要對變壓器的參數(shù)進(jìn)行全面檢測。
    4.5 合理調(diào)整變壓器運(yùn)行方式
    4.5.1 合理調(diào)整變壓器電壓
    變壓器的空載損耗和運(yùn)行電壓的平方成正比，負(fù)載損耗和運(yùn)行電壓的平方成反比。變壓器在額定電壓下運(yùn)行，以其產(chǎn)生的損耗為基準(zhǔn)，通過調(diào)整變壓器分接開關(guān)，使其運(yùn)行電壓在1.07U～0.95U 范圍內(nèi)。 運(yùn)行實(shí)踐表明：當(dāng)變壓器處于輕載或空載運(yùn)行，運(yùn)行電壓必然要升高，此時(shí)空載損耗占主導(dǎo)地位，因此必須通過調(diào)整分接開關(guān)，降低輸入電壓，這不僅可保證供電電壓質(zhì)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(yùn)行，其運(yùn)行電壓必然下降，此時(shí)負(fù)載損耗占主導(dǎo)地位。
    4.5.2 調(diào)整三相負(fù)荷平衡，建立負(fù)荷不平衡運(yùn)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，所以應(yīng)建立不平衡度考核制度，高度重視不平衡度調(diào)整工作，應(yīng)定期測量變壓器三相負(fù)荷，及時(shí)調(diào)整負(fù)荷接入方式，力求變壓器三相電流平衡。
    4.5.3  優(yōu)化變壓器運(yùn)行
    由于變壓器并聯(lián)運(yùn)行有很多優(yōu)點(diǎn)，所以大型企業(yè)一般都有多臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行。在運(yùn)行中根據(jù)實(shí)際負(fù)荷大小安排變壓器臺(tái)數(shù)，合理分配負(fù)荷，將有效地降低企業(yè)的電能損耗和運(yùn)行成本。對于低壓側(cè)存在聯(lián)絡(luò)關(guān)系的系統(tǒng)，只需通過操作低壓開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換，相比之下，單純新增或更換變壓器不僅工作量大，而且經(jīng)濟(jì)性不高，甚至在較多情況下效果還不如低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)的方式。在低壓配變之間距離較近時(shí)，可在規(guī)劃配變時(shí)增加低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線路，在同時(shí)考慮供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性的情況下，選擇合理線徑的低壓聯(lián)絡(luò)線，這種方式尤其適用于住宅小區(qū)供電。
    4.6  采用無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)
    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(fù)荷功率因數(shù)的變化而變化，通常功率因數(shù)低時(shí)，變壓器效率相應(yīng)地也降低。對于變壓器進(jìn)行無功補(bǔ)償，提高其功率因數(shù)，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)效果顯著，通常會(huì)在功率因數(shù)較低時(shí)采用。此外，無功功率補(bǔ)償還可降低高壓電網(wǎng)的線損，提高變壓器的負(fù)載能力，并改善用戶的電壓質(zhì)量。
    4.7  加強(qiáng)配變的管理
    在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市，一個(gè)區(qū)供電局的配變規(guī)?？蛇_(dá)數(shù)千臺(tái)，這些配變的型號(hào)、容量和運(yùn)行狀態(tài)各不相同，在實(shí)際工作中應(yīng)加強(qiáng)如下幾個(gè)方面的管理：
    （1）開展配變資產(chǎn)清查工作，清理高能耗和運(yùn)行時(shí)間長的殘舊配變，并及時(shí)進(jìn)行更換。
    （2）加強(qiáng)配變運(yùn)行數(shù)據(jù)的管理，掌握配變負(fù)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(yīng)的方案并做好設(shè)計(jì)，及時(shí)在配網(wǎng)規(guī)劃中立項(xiàng)實(shí)施改造。
    （3）對于為解決重、過載而新增的配變，應(yīng)合理設(shè)置其布點(diǎn)，在緩解配變重、過載的同時(shí)減小低壓供電半徑。
    5  我國節(jié)能配電變壓器發(fā)展概述
    5.1  S7型變壓器的出現(xiàn)
    變壓器產(chǎn)品的創(chuàng)新開發(fā)以達(dá)到節(jié)能降耗的目的成為變壓器行業(yè)發(fā)展的一個(gè)必然的趨勢。八十年代，我國推廣了第一代節(jié)能產(chǎn)品S7型變壓器。
    5.2   S9型變壓器的出現(xiàn)
    由于變壓器制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，新技術(shù)、新材料、新工藝的采用，沈陽變壓器研究所于94年首先推出了10kV級(jí)新S9型變壓器，節(jié)能效果顯著，迅速得到行業(yè)內(nèi)各廠家以及用。S9系列（1998年標(biāo)準(zhǔn)）被稱為我國第二代低損耗節(jié)能變壓器， S9與S7型產(chǎn)品相比，空載損耗平均下降10.25%，空載電流下37.7%，負(fù)載損耗平均降低22.4%，且結(jié)構(gòu)合理外型美觀。
    5.3  S11型變壓器的出現(xiàn)
       2002年，沈陽變壓器研究所進(jìn)行了S11系列變壓器設(shè)計(jì)，S11是既S9的改進(jìn)產(chǎn)品，它的主要優(yōu)點(diǎn)：一是S11型卷鐵芯變壓器的空載損耗比同容量的S9降低了25％～30％；二是機(jī)械強(qiáng)度高,安匝分布平衡,產(chǎn)品的抗短路能力好；三是是變壓器取消了儲(chǔ)油柜。該系列產(chǎn)品外形美觀,體積小,是理想的免維護(hù)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。電力部門于98年3月12日的發(fā)文，要求淘汰S7型變壓器，改善S9型、推廣S11型變壓器。
    5.4  非晶合金變壓器
       隨著科技發(fā)展，各種新型變壓器不斷涌現(xiàn)，變壓器鐵芯材料不斷更新，非晶合金以及其它新合金材料得到廣泛使用；非非晶合金帶材具有同向的軟磁材料、損耗低（約為硅鋼片的20％~30％）、電阻率高（約為硅鋼片的3倍）、后繼工藝處理方便、制造工藝環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。但也有厚度薄、硬度大、退貨后材料易碎等缺點(diǎn)。在2001年的11月上海工業(yè)博覽會(huì)上首次出現(xiàn)了630KVA非晶合金鐵心的干式變壓器。非晶合金鐵心變壓器分為非晶合金三相配變變壓器、非晶合金組合式變壓器、非晶合金單相配變變壓器、非晶合金地下室配變變壓器、非晶合金地下室路燈變壓器、非晶合金干式變壓器。
    5.5 干式變壓器的發(fā)展
    上個(gè)世紀(jì)五、六十年代在中國出現(xiàn)了B級(jí)絕緣的國外叫做《OVDT》的敞開、通風(fēng)冷卻干式變壓器。
    70年代，上海和北京變壓器廠相繼開發(fā)出厚絕緣帶石英粉填料的在真空狀態(tài)澆注的環(huán)氧樹脂包封干式變壓器，但厚絕緣難以解決開裂問題，也發(fā)生了一些事故。
    正在人們對環(huán)氧樹脂干式變壓器技術(shù)產(chǎn)生懷疑時(shí)，順德變壓器廠成功地從德國引進(jìn)不帶石英填料的純環(huán)氧樹脂薄絕緣（1-3mm）技術(shù)，它的出現(xiàn)，使我國的干式變壓器的技術(shù)得到迅速發(fā)展。
    在本世紀(jì)初，上海GE公司采用美國技術(shù)研究開發(fā)出H級(jí)絕緣的帶填料的薄絕緣環(huán)氧樹脂真空澆注干式變壓器，這種變壓器具有體積小、質(zhì)量輕、防火防潮的優(yōu)點(diǎn)。
    在20世紀(jì)70年代后期，上海ABB公司制造了無模成型的“雷神”型纏繞玻璃纖維絲加強(qiáng)樹脂包封繞組的干式變壓器，它具有機(jī)械強(qiáng)度高、阻燃性好、無模成型成本低的優(yōu)點(diǎn)。
    因干式變具有防火、防爆、免維護(hù)，無污染，體積小的優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了大量應(yīng)用。
    6  結(jié)束語。
    總之，變壓器在節(jié)能降耗的方面,具有很大的節(jié)能潛力。應(yīng)合理選用、配置、管理配電變壓器。隨著電力負(fù)荷的增長，配變的數(shù)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(yùn)行時(shí)降低變壓器損耗之外，還必須加強(qiáng)配變的管理，充分挖掘配變降損措施。
     參考文獻(xiàn)
    [1]李關(guān)定.配電變壓器節(jié)能淺析[J].上海節(jié)能，2009.11.
    [2]張?bào)?再談配電變壓器節(jié)能和容量優(yōu)化[J].建筑電氣，2010.01.