10kV配电变压器及线路降损节能运行研究

云南电网曲靖罗平供电局 陈长江

1 引言

配电变压器是电力系统中动能损耗的关键部分，在10kV 线损电力系统总损耗中占比相当高，因此，分析配电变压器动能损坏耗具有重要的意义和效果。在配变的更新改造和运行过程中，需要进一步提升配变的技术更新水平和运行管理，有效减少配电变压器的线损，保证配电变压器的可持续性发展[1]。另外，在线损的关键技术和管理层面，技术线损主要是指电力能源在运输全过程中各构件、机器设备的耗能总数，可分成负荷损耗（即铜损，也称铁芯损耗）和固定损耗（即铁损，也称空载损耗），例如电流量通过变压器中电阻器所损耗的功率、固定损耗与电力工程传送中的电压相关、变压器中物质电导体所损耗的功率。在具体运行中，电网设备安装不标准、有关机器设备品质不过关，均会造成大量电网损耗。

2 线路运行中的无功补偿现象分析

配电网在运行过程中发生损耗状况较为广泛，目前采取的有效措施就是提高功率因数。在变压器设备和配网线路上安装适当的无功补偿装置，具有重要的作用。因此，需要电力管理部门人员的高度重视损耗问题，采用合理对策降低损耗，否则将导致大量电能的持续损耗和消耗，给电力管理部门带来经济损失[2]。因此，要想真正了解损耗的实际状况，首先要确立线损无功补偿的原因和全过程，测算其总容积以及无功功率的负载值补偿，进一步确立补偿状况的具体状况和实际容积的标值，剖析损耗提升的原因，并以标值为参照，一般按照90%负荷率计算，比较经济合理，即功率因数控制在0.9～0.95为宜。

图1 配电变压器无功补偿结构

3 10kV 配电变压器及线路损耗的主要因素

配变的类型，不同种类变压器的负荷和功率也不同。目前，主要有高过载电力变压器、油浸式变压器、干式变压器、欧式箱变、美式箱变几种，油浸式变压器的结构分解如图2所示。按变压器冷却方式分为油浸式和干式变两种，这两种变压器的作用和运用也有实质差别，前者是较为传统的变压器，后者在其根本上做了改善，能够减少损耗。Po为空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。Pc 为负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；(并用标准线圈温度换算值来表示)。负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。变压器的全损耗ΔP=Po+Pc；变压器的损耗比=Pc/Po，变压器的效率=Pz/(Pz+ΔP)，以百分比表示；其中Pz 为变压器二次侧输出功率。

图2 油浸式变压器的结构分解

4 10kV 配电变压器节能降耗技术分析

4.1 积极使用新材料与新工艺

为了在变压器并网运行过程做到优良的节能以及降损效果，变压器制造商需要积极主动应用一些新型材料来减少耗能的效果，现阶段关键有两种新式成熟输电材料：一是无氧铜材料：无氧铜具备极低的含氧量、高导电性、优良的耐腐蚀特性和低温特性。新型材料能够合理减少变压器线圈的线损和内阻，进而达到优良的节能减排运用效果。此外，无氧铜材料的生产加工特性和焊接特性较好，材料容易获得，生产制造成本也较低。二是非晶合金材料：该新式材料作为目前10kV 配电变压器中的磁性材料，在运用这种材料制作出来的铁芯能够减少配电变压器的相关空载损耗，可以全面提升10kV 配电变压器的经济性。变压器是一种对新型材料、新加工工艺依靠性较强的电力设备，在制造全过程中采用的导电性材料和绝缘材料对变压器的特性有较大的影响，而变压器的制造加工工艺对其品质影响也较大，并且对生产效率起着重要作用。变压器设计需要运用更现代的3D 设计软件，例如Creo、Solidworks 等[3]。与此同时，可以运用温度场和磁场的模拟测算，实现更全面的电气和结构设计，这也是目前变压器制造商持续努力应对的技术难题。使用新型材料和新工艺的变压器结构如图3所示。

图3 油浸式变压器的结构分解

4.2 以配电变压器的经济运行方式

在具体应用过程中，配变的耗电电量与很多要素相关，包含配电设备电器的制造材料和加工工艺、配电变压器的运行方法。其关键目的是提升配变的运行方法。但就目前的状况，传统的配变运行方法仍普遍运用，由于传统的配电变压器运行方法没有做到科学有效，并且比较落后，造成配电变压器耗能高。从而未能达到预估的经济标准。

4.3 自动调压器

通过剖析配电变压器的有效损耗与配电网电压的关系，发现可以通过变压器的负载分接部位安装方法和配电网电压的安装方法调整配电网的运行电压，此种方式可以完善电网工作电压对电网元器件的空载损耗的影响，通过自动分接开关，如变压器是恒磁通调压，所加电压应是相应接电源的分接位置的分接电压。如是变磁通调压，因每个分接位置时空载损耗都不相同，必须根据技术条件要求，选取正确的分接位置，施加规定的额定电压，因为在变磁通调压时，一次侧始终加一个电压于各个分接位置。一般要求施加电压的波形必须为近似正弦波形。并可以通过控制板内部实时调整对电网系统的电压管控，从而可以达到的节能减排的效果，自动调压器如图4所示。

图4 自动调压器

5 10kV 配网的降损措施分析

5.1 完善健全电网管理制度

在我国电力发展过程中，出现了一些的管理问题。部分技术专责没有有效的开展相关管理工作，因而，需要在电网运行管理中创建健全的管理规章制度，建立健全的线损指标的考核奖惩机制，确保对每条10kV 线损异常线路进行追踪管理，严格考核，保证事后责任规章制度的合理运行发挥其良好的效果，可以充分调动线损管理人员的工作积极主动性，提升全部电网的运行效率。

5.2 促进三相负荷保持平衡

三相负载是配变运行中的关键阶段，是影响全部电力系统平稳正常运行较为关键的要素，负载的平稳均衡需要得到全面的关注。并且在具体工作过程中，最普遍的电源连接方法是三相四线的连接方法，这种连接方法更加科学、有效以及合理，首先确定配变低压用户的数量，测算用户的负荷情况，将所有低压用户均匀分配连接到ABC 三相线路上，使配变三相负载基本平衡，同时可以根据用户自己的用电量实际需求作出有效的挑选，确保三相负荷保持平衡。

5.3 进行电网运行方式的合理选择

电网运行方法的有效挑选，不但会影响电网的安全性以及稳定的配电，还会影响电网运行的经济性。在电网配电设备运行过程中，电压的运行情况与线损之间的关系成反比，为确保配电网路线中电压的运行可以在最佳的情况下，在配电变压器布点方面，尽量做到“小容量、多布点”原则，配电变压器选择带自动调压装置，同时合理配置无功补偿装置，随后进行有效的电压调节，从而有效地做到较大程度上减少线损的效果。例如，在同电压等级的同一电网下，应选用闭环控制运行方法，从而有效的降低损耗；在同电压等级不匀称性较大的电网下，应选用开环运行方法，从而有效的降低损耗。变压器制造商还应积极主动应用智能化方式调节电压运行方法，并且有效的避免远距离电力工程传送或绕行。这样，配电网运行才能够处在经济可控性的运行环境下。例如，鸡西村某10kV 公变共有用户50户，居民全部以生活用电为主，经工作人员多次检查、测量，最终把问题锁定在互感器上，因相互感器倍率误差过大，导致了线损的长期异常。在配电运维抢修班和供电服务及营业班两个班组的协同下，顺利完成了互感器的更换，解决了鸡西村的高损问题。

6 10kV 配电变压器线路降损节能注意事项

在10kV 配变线损降耗节能环节，可能是由于安装在路线上的并接电容器间距和变电站较远，为确保10kV 配变在应用过程中达到预估的降损节能效果，可以根据计算合理配置补偿点选取配电设备路线较为简易的补偿方式，有效管控配电变压器线损降损容积和节能补偿，补偿容积过大，会造成过补偿，大量电容器工作在配电变压器上，这种状况对电容器的散热产生较为不利影响，如果处理不合理，会给配电变压器带来一定的毁坏，从而严重影响其正常的运行。10kV 配电变压器在减少线损、节能的过程中，还必须合理管控电容器组的容积，一般需要在150kV 范畴内[4]。

7 结语

近年来，随着我国社会经济的快速发展，用户对电能的依赖性也愈来愈高。目前我国10kV 配电变压器运用较为普遍，但在具体运行过程中，由于配电变压器布点不合理、无功补偿装置配置不足，用户侧电压偏低，在一定水平上影响了正常的用电量，还给有关的电力系统带来较为严重的经济损失。因此，有关变压器制造商必须进一步提升对配电变压器节能降耗技术的科学研究；供电部门在配电变压器布点上尽量按照“小容量、多布点”原则，同时，合理配置无功补偿装置在确保电力系统平稳运行的同时，合理减少其耗能，有效降低电力能源耗损，推动国家电力行业的长期稳定发展。