浅谈变配电变压器节能降耗措施

　　评论：　更新日期：2017年05月21日

摘要：首先分析了变压器运行的损耗，然后从配变的选型、配置、运行方式、无功补偿和管理5个方面探讨了其节能降耗措施。

关键词：配网；变压器；节能降耗

0.引言

变压器是电网中运用最普遍的设备之一，它贯穿于电力系统的发、输、变、配、用各个环节。一般说来，从发电到用电需要经过3～5 次的电压变换过程，其中变压器必然产生有功和无功损耗，所以其电能总损耗约占发电量的 10%。尤其在变配电网中，增加配变布点的要求使得配电变压器的数量和总容量非常庞大，在整个电力系统变压器中占了相当比例。因此，提高变配电运行效率、降低配网损耗具有极为重大的意义。

1.变压器损耗

变压器损耗包括铁耗和铜耗［1］。铁耗与铁芯的材质有关，与负

荷大小无关，其值基本上是固定的；铜耗与变压器的负载密切相关。

近似与负荷电流的平方成正比。变压器的等效电路如图 1 所示

因此，变压器有功损耗可标示为：ΔP＝P0＋β2Pk

式中，ΔP 为变压器有功损耗；P0 为空载损耗；β 为变压器负载率；Pk为短路损耗率。变压器的损耗率可以表示为：

η=P2/P1×100%= P2/P2+ΔP1×100%随着变压器负载率的变化，当 β＝（P0

／Pk）0.5 时，即当可变损耗（铜耗）等于不变损耗（铁耗）时，变压

器效率最大值为：

ηmax=SNcosφ/SNcosφ+2 P0PK×100%

2.变压器节能降耗措施

根据变压器损耗产生的根源，以下从 5 个方面探讨降低变压器铜耗与铁耗的措施。

2.1合理选择变压器型号

变压器的铁耗发生在变压器铁芯碟片内，主要由交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流带来损耗。最早用于变压器铁芯的材料是易于磁化和退磁的软熟铁，20 世纪初，经研究发现，在铁中加入少量的硅或铝可大大降低磁路损耗，增大导磁率，且使电阻率增大，涡流损耗降低。经多次改进，用 0.35 mm 厚的硅钢片代替了铁线制作变压器铁芯。近年来，变压器的铁芯材料已发展到最新的节能材料 —非晶态磁性材料，非晶合金铁芯变压器应运而生这种变压器的铁损大幅度降低，仅为硅钢变压器的 1/5。我国 S7 系列变压器是 20 世纪 80 年代后推出的，其空载损耗和短路损耗均较高。目前推广应用的是 S11 系列低损耗变压器，其卷铁芯改变了传统的叠片式铁芯结构为硅钢片连续卷制，铁芯无接缝，大大减少了磁阻，使空载电流减少了 60%～80%，提高了功率降低了电网线损，改善了电网的供电品质。文献［2］对800kVA 的S9 型配变和非晶合金配变的节能性能进行了比较，其在 20%和 75%两个负载率下的年节电量分别为10002kW·h 和 23940kW·h。

据统计，全国在网运行的 1980 年以前生产的老式配电变压器仍有 2.5 亿 kvA，与 S9 系列变压器相比，它们的损耗高出40%，全年多损耗电能 100 亿 kW·h，从环保方面看，相当于 7 000多万桶原油产生的能量，每年向大气排放大量二氧化硫和二氧化碳。此外，由于这批变压器使用时间大都已超过 20 年，绝缘层老化、维修不方便，事故隐患不断［3］。因此，更换高损耗配变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。我公司属于新建矿山，据统计，目前羊拉矿山在网运行的35kV/10kV共2台，10kV/400V变压器60台，总共62台均为S9系列型号，其中10kV变压器60台总容量为：28240kvA,35kV变压器2台总容量为20000kvA，全矿电力变压器总容量：48240kvA。

2.2合理配置变压器

一般电力变压器的空载损耗和短路损耗之比大约在 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。随着变压器制造技术的不断提高，其空载损耗和负载损耗都有大幅下降。但是，在变压器的发展过程中，空载损耗的下降速度远远超过负载损耗的下降速度，这是在磁性材料的制造技术方面进展较快的结果。随之而来的一个变化是，变压器的经济运行容量明显下降，以非晶合金变压器为例，其经济运行容量下降到了 20%～30%，且随着变压器容量的增大，节能效率也逐步提高。因此，在工程选型时非晶合金变压器的容量宜大些。对于季节性负荷较强的地区，如果配变处于轻载的时间较长，其空载损耗将成为电能损耗的主要部分。因此，在这类地区宜采用非晶合金变压器［4］。低压台区供电半径在很大程度上影响配网线损，流经低压配电网的电流较大，在导线截面一定的情况下，低压线越长，损耗越大。因此，一方面，配变应装设在所供台区的负荷中心；另一方面，应增加配变的布点，避免低压长距离供电。根据

矿山生产用电负荷情况，井下配变设备设计选型时可以考虑使用此类变压器使用。

2.3优化变压器运行

由于变压器并联运行有很多优点［5］，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。据统计，目前我公司在网运行的35kV/10kV变压器60多台，每月向电网公司支付容量费：325000元，全年共支出容量费：3900000元。以公司35kV降压站主变运行方式及损耗计算为例：

（1）型号：SF9-16000/35#1主变一台空载损耗：14.7kW,负载损耗：73.61kW,正生产常情况下，按照电网电量价：0.4375元/kW.h计算，每天型号SF9-16000/35主变一台损耗费为：73.61kW×0.4375元/kW.h×24=772.905元，年损耗费总支出：278245.8元。

（2）型号：SF9-4000/35#2备用变一台空载损耗：4.85kW,负载损耗：30.69kW，非正常生产情况下，根据生产负荷改变主变运行方式，停运#1主变，改投运#2备用变一台损耗费为：30.69kW×0.4375元/kW.h×24=322.245元，与#1主变相比每天节约：450.66元。如果公司各厂变配电站室运行值班人员，根据各厂生产所需负荷情况及时改变变压器运行方式，每年可以为公司节约变压器损耗费用支出非常可观。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低压联络系统可推广到相邻的多台变压器，且只需经过简单计算即可得出临界负荷电流［6］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，这种方式适合供电线路短，用电设备集中，比如：浮选车间供电方式，尤其适用于住宅生活区供电。此外，在发达城市农村配网的台区改造方案中也可考虑低压联络的方式，如新增配变解决重过载问题时可在新增配变和原配变之间增加低压联络线当负荷的峰谷差较大且负荷较长时间处于较小水平时，可增设小容量变压器，在负荷较大时用主变压器供电，在小负荷时用小容量变压器供电，这样既满足了大负荷时配变容量的要求，也能在小负荷时降低损耗。

2.4 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，电网要求用户功率因数不得低于：cosφ=0.93，通常功率因数低时，变压器效率相应地也降低、应对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就地电容补偿或者减少感性负载运行，发电厂可采用进相运行等，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。例如：我公司二选厂功率因素0.87,硫酸厂、电铜厂及10kV大平台线功率因素0.83，可以考虑无功补偿提高功率因数。

2.5 加强配变的管理

在矿山供电网络图上看，我公司配变规模数达60多台，这些配变的型号、容量和运行状态各不相同，如何系统地管理配变台帐，及时发现损耗较高的节点，并采取有效的节能降耗手段，是一项复杂的工作在实际工作中应加强如下几个方面的管理：

（1）开展配变资产清查工作，清理高能耗和运行时间长的残旧配变，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。

（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）在设计生活居民及施工用电方案、配置变压器容量时，不能采取一刀切的方式去规定每户施工的用电容量，而应根据实际的用电情况，有弹性地选择配变的容量和台数。

3 .结语

合理选用、配置、管理配电变压器在节能降耗方面具有巨大的

潜力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。