石河子电网配电变压器节能降耗措施的探讨

（石河子电力调度中心，石河子市，832000） 王登年

一般说来，从发电到用电需要经过3～5次的电压变换过程，其中产生的电能损耗约占发电量的10%。尤其在配电网中“小容量、密布点、短半径”的布置原则使得配电变压器的数量和总容量非常庞大，在配电网线中配电变压器损耗占了近一半以上。主要从配变损耗增大原因及在变压器的选型、配置、运行方式、无功补偿和管理等几个方面探讨了变压器的节能降耗措施。

1 变压器的损耗分析

变压器运行时从电网吸收功率，其中很小一部分消耗在原绕组的电阻和铁心上。其余部分通过电磁感应传给副绕组，副绕组获得的电磁功率又有很小一部分消耗在副绕组的电阻上，其余的传给负载。其中消耗在电阻上的叫铜损，消耗在铁心上的叫铁损。变压器的损耗就包括铁损和铜损。铁损与铁芯的材质有关，与负荷大小无关，其值基本上是固定的；铜损与变压器的负载密切相关，近似与负荷电流的平方成正比。

2 影响变压器损耗的内部原因

2.1 铁心材质及结构对变压器损耗的影响

常用的变压器铁芯一般都是用硅钢片制造的。硅钢是一种含硅(硅也称矽)的钢，其含硅量在0.8～4.8%。由硅钢做变压器的铁芯，是因为硅钢本身是一种导磁能力很强的磁性物质，在通电线圈中，它可以产生较大的磁感应强度，从而可以使变压器的体积缩小。20世纪70年代，出现了新的节能型变压器，非晶合金材质的变压器。非晶合金具有高饱和磁感应强度（1.54T），磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点，特别是铁损低（为取向硅钢片的1/3～1/5），代替硅钢做配电变压器可节能60～70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz以下频率使用。另一方面，铁芯的结构对变压器的损耗也有较大影响，传统变压器一般均为叠铁芯，由铁芯叠装而成。与之对应的卷铁芯的形式较多。渐开线铁芯的心柱与铁轭之间气隙较大，影响空载电流，所以容量不能做的太小；但因漏磁通垂直进入铁芯片平面，影响附加损耗，所以片宽不宜过大，即容量不能太大。

2.2 制造工艺对变压器损耗的影响

空载损耗虽然只占变压器总损耗的20～30%，但它不是随负载变化而变化的损耗。对于年最大负载利用小时较低的中小型变压器来说，降低空载损耗的意义更为重大。要降低空载损耗，则降低工艺系数也是不可忽视的一个问题。当硅钢片一定时，单位损耗一定，而降低铁心质量时，磁通密度增大，单位损耗成二次方的增大，空载损耗反而上升，所以只能降低工艺系数。设计中应将绕组安匝调整得很平衡，控制了绕组的漏磁通。这就降低了油箱等结构件中的杂散损耗；在变压器油箱上还采用波纹油箱代替管式散热器，从而体改了散热效率；铁轭绝缘采用整体绝缘，绕组出头和外表加强绑扎，对绕组绕制尺寸加以严格规定，这些都有助于降低变压器损耗。

2.3 温度过高

电力变压器的温升每超过8℃，寿命将减少一半。如果它的运行温度超过变压器绕组绝缘允许的范围，绝缘迅速老化，甚至使绕组击穿，烧毁变压器。所以要降低电力变压器运行温度实现节能。

2.4 负荷分配不合理，三相电流不平衡

城市地区，很多配变同时接带动力与照明负荷，势必导致变压器三相负荷不平衡。原则上，三相不平衡会产生负序电流，负序电流最大不能超过正序电流的5%，否则损耗将加大。

2.5 供电区域划分不明确

市区配电设备异动较为频繁，配变接带负荷的随意性很大，供电负荷缺乏合理分区，同一区域内，部分配变长期重载，而周围邻近变压器由基本处于空载，造成配电变压器负载率分配不合理。当负载太小时，变压器无功损耗加大，功率因数变差；当变压器过负荷运行时，会造成变压器过热，且有功损耗加大。一般情况下，电力变压器运行的负载在60～70%Se时处于理想状态，此时变压器损耗较小，运行费用较低。

2.6 供电半径过大

按照运行规程及设计规程要求，配电变压器应设置在负荷中心，供电半径不大于500m，但实际运行中，有部分变压器供电半径接近或超过了500m，特别是针对新疆较为落后的农村地区，地广人稀的本地特色使得部分供电线路最远的达到了1 000m以上，夏季农灌时节，末端电压过低，设备启动困难，影响农业发展。

3 建设性措施

3.1 科学合理选择设备型号，加快高能耗变压器更新改造

2015年8月13日，工业和信息化部、质检总局和发展改革委联合发布《配电变压器能效提升计划》，该计划的目标是预计到2017年，累计推广高效配电变压器6亿千伏安，实现年节电94亿千瓦时。为积极响应国家政策，近年来，石河子电网开始对中低压配电网内的高耗能变压器进行了摸底排查，并计划用三年的时间，分批次将现有的S9型高耗能变压器全部更换为最新的S13型节能变压器。此举措所带来的节能效益是非常可观的，且有利于增强配网运行的可靠性。

3.2 合理选择变压器容量及安装地点

一般来说，电力变压器的空载损耗和负载损耗之比大约在1/4～1/3之间，因此，当变压器负载率在50～70%时，变压器的运行效率最高。故应根据配变所供负荷的特点，计算负荷变化的范围，在同时考虑技术和经济两因素的前提下，合理地配置变压器的容量及台数，这样既可减少基本电费，提高运行效率，又能降低变压器损耗；另一方面，依照《城市中低压配电网改造技术导则》，宜将供电半径控制在以下范围：A类供电区为150m，B类供电区为250m，C类供电区为400m，以确保末端电压达到规程要求。且配电布线宜呈网状结构，应尽量避免采用链状或树状结构，尽可能将变压器安装位置深入负荷中心。

3.3 严格把控入网关

虽然近几年制造技术的不断创新，使得产品的结构逐步多样化、但是变压器生产厂商技术水平、生产工艺参差不齐，导致生产出来的新变压器性能参数不一定达到技术条件，主要表现为变压器空载损耗较大。如果此类变压器大量入网，必定增加损耗。因此，供电部门在投运前一定要对变压器的参数进行全面检测。

3.4 合理调整变压器运行方式

3.4.1 建立负荷不平衡运行管理

不平衡电流的存在，不仅增加了变压器损耗，也增加了低压线路损耗，目前，供电部门已采购12套台区检测装置，开展试点。通过变台上安装的在线检测装置，将采集的信息通过无线传输方式发送至云端平台，供电部门定期对数据对比分析后，对变压器低压侧的负荷重新进行合理分配。所以，建议相关单位应建立不平衡度考核制度，高度重视不平衡度调整工作，应定期测量变压器三相负荷，及时调整负荷接入方式，力求变压器三相电流平衡。

3.4.2 优化变压器运行

由于变压器并联运行有很多优点，所以大型企业一般都有多台变压器同时运行。在运行中根据实际负荷大小安排变压器台数，合理分配负荷，将有效地降低企业的电能损耗和运行成本。对于低压侧存在联络关系的系统，只需通过操作低压开关即可实现运行方式的转换，相比之下，单纯新增或更换变压器不仅工作量大，而且经济性不高，甚至在较多情况下效果还不如低压侧联络的方式。在低压配变之间距离较近时，可在规划配变时增加低压侧联络线路，在同时考虑供电可靠性和经济性的情况下，选择合理线径的低压联络线，这种方式尤其适用于负荷季节性明显农村住宅供电和市区供暖换热站。

3.4.3 合理调整变压器电压

变压器的空载损耗和运行电压的平方成正比，负载损耗和运行电压的平方成反比。变压器在额定电压下运行，以其产生的损耗为基准，通过调整变压器分接开关，使其运行电压在1.07～0.95U范围内。运行实践表明:当变压器处于轻载或空载运行，运行电压必然要升高，此时空载损耗占主导地位，因此必须通过调整分接开关，降低输入电压，这不仅可保证供电电压质量，而且还有利于降低空载损耗；反之，在供电高峰期变压器处于满载运行，其运行电压必然下降，此时负载损耗占主导地位。必要时，在供电半径较长的线路上安装分散的无功补偿装置，来调整配变电压。

3.5 采用无功补偿提高功率因数

配电变压器的效率不仅随着输送有功功率的变化而变化，还随着负荷功率因数的变化而变化，通常功率因数低时，变压器效率相应地也降低。对于变压器进行无功补偿，提高其功率因数，可以大大减少无功功率在变压器上的传输，从而减少变压器上的损耗。这种方法节能效果显著，通常会在功率因数较低时采用。此外，无功功率补偿还可降低高压电网的线损，提高变压器的负载能力，并改善用户的电压质量。建议对于容量较大的变压器均装设无功自动补偿装置。

3.6 加强配变的管理

随着石河子城市规模的逐步扩大，配变规模也在增大，这些配变的型号、容量和运行状态各不相同，在实际工作中应加强如下几个方面的管理。①定期开展配变资产清查工作，清理高能耗和运行时间长的重损配变，并及时进行更换。②加强配变运行数据的管理，掌握配变负载率的发展趋势，整理出过载配变和即将过载的配变，制定相应的方案并做好设计，及时在配网规划中立项实施改造。③对于为解决重、过载而新增的配变，应合理设置其布点，在缓解配变重、过载的同时减小低压供电半径。

4 结束语

总之，节能措施涵盖在变压器生产、使用、运行等各个方面，变压器在节能降耗的方面，具有很大的节能潜力。应合理选用、配置、管理配电变压器。随着电力负荷的增长，配变的数量和容量也逐步增加，除了在工艺上采用新型节能材料、在规划运行时降低变压器损耗之外，还必须加强配变的管理，充分挖掘配变降损措施。