变压器节能技术的研究

变压器节能技术的研究

王媛

（天威保变（合肥）变压器有限公司安徽合肥230000）

摘要：变压器作为输变电系统中的一个重要设备，在运行过程中，其自身会产生一定的能耗。而变压器运行中产生的空载损耗、负载损耗、负载率、功率因数等因素，对于变压器的经济运行将产生直接的影响。高能耗变压器在运行中会消耗大量的能量，不利于电力系统效益的提升及可持续发展。对此，要意识到变压器节能的重要价值，熟知变压器运行中的损耗，进而才能采取有效的技术措施，实现变压器节能，提高变压器运行的经济性。

关键词：变压器；技能技术；能耗

前言：在电力系统当中，变压器是必不可少的重要设备。近几年来随着变压器设计技术及制造工艺的不断发展进步，原材料性能的不断改进，变压器电气性能及运行效率都有所提高。但是通常情况下，在输配电系统当中，电压需要通过变压器进行多级次的变换，因此所需变压器的总容量十分巨大，能够达到发电熔炼的5倍到10倍之多，从而产生大量的损耗。有研究表明，大型变压器损耗在所有的线路损耗当中，能够达到20%左右。其它一些中小型的配电变压器，尽管单台容量并不大，但是由于数量很多，因而其产生的损耗也是不容忽视的。目前，为了实现经济发展和节能挖潜，应积极改造能耗过高的变压器，推广和应用变压器节能技术。

一、变压器节能的重要价值

在当今社会中，很多主要的能源都来自于不可再生能源，随着能源消耗的加剧，人们所面临的能源危机问题也越来越严峻。21世纪以来，全球范围内都越来越关注节能减排和可持续发展。电力行业作为重要的能源生产行业，在生产和供应电力的同时，也消耗着巨大的能源。电力系统在发电、供电、用电的时候，自身也会产生很大的电能损耗[1]。据统计，我国目前每年的综合电能损耗，已经达到了数千亿千瓦时。而变压器作为电力系统中的重要设备，其损耗也十分巨大。因此，应积极研究和采用变压器节能技术，进而节约能源，提高经济效益，这对经济发展有着重要的价值。

二、变压器损耗的常见类型

在变压器的运行中，初级绕组通电，线圈产生磁通，在铁芯这一导体上流动，而在和磁力线垂直的平面上，铁芯会感应电势，并且在铁芯断面上电势会形成闭合回路，产生电流，一般称之为涡流。涡流的存在将增加变压器损耗，使变压器铁芯发热，温度升高。一般用“铁损”来称呼涡流造成的损耗。此外，变压器绕制中对铜线的消耗量较大，铜导线自身也具有一定的电阻，因而在流过电流的时候，也会有功率的消耗。这些损耗通常转变为热量消散，一般用“铜损”来称呼这部分损耗。铁损和铜损，都属于有功损耗的范畴，其指的是变压器在实际运行当中，在有功功率产生的同时，发生的损耗[2]。铁损中除了涡流损耗以外，磁滞损耗也是一个重要的部分。这部分损耗的发生，是由于交流电在变压器中流通经过时，其所通过的变压器硅钢片磁力线，在方向、大小等方面都具有规律性的特点，因而造成硅钢片相互摩擦，产生热量，进而消散形成损耗。变压器有功损耗的功率计算公式，可采用△Pt≈△P0＋△Pγ（S30/SN），其中，△Pt代表有功功率，△P0代表铁损，△Pγ代表铜损，S30代表变压器计算负荷，SN代表变压器额定容量。

除了有功损耗之外，还有无功损耗，指的是在变压器的变压、能量传递的时候发生的损耗。这部分损耗中，并没有实际有功功率的产生，所以叫做无功损耗。在无功损耗当中，变压器绕组阻抗，以及绕组中流经的电流，可组成一部分损耗，负载电流会影响到这部分损耗，其中负载电流越大，产生的损耗越大。另外，建立变压器主磁路磁通的磁力电流，也会产生一部分损耗，但负载电流不会对这部分损耗产生影响，因而这部分损耗量通常不变。变压器无功损耗的功率计算公式，可采用三角形△Qt≈SN[（I0%/100）＋（UK%/100）（S30/SN）]，其中，△Qt代表无功功率，I0%代表变压器空载电流占额定电流的百分比，UK%代表变压器短路电压占额定电压的百分比，S30代表变压器计算负荷，SN代表变压器额定容量。对于不同系列配电变压器的空载损耗和负载损耗水平，如下图所示。

三、变压器节能的技术措施

（一）合理选择容量

在变压器节能技术中，要根据实际需求，对变压器容量进行合理的选择。为了确定最理想的变压器经济容量，在计算当中需要考虑到制造厂商的材料使用、工艺水平，变压器的过载能力，以及负荷的性质、状态、大小等，具有较高的复杂性。所以，在变压器的容量设计和选择当中，需要基于不同的需求，分别进行考虑。因此，在实际应用当中，变压器容量大小的选择，一般都会存在较大的差异，不能一概而论。通常来说，理论上变压器的负载损耗和空载损耗相同时，变压器将达到最小的功率损耗，实现最高的运行效率。而在实际情况下，很多新型变压器将空载损耗控制在较低水平，如果仅仅关注最高效率，可能导致容量过大但负载率低的情况，也会造成资源浪费。所以，一定要根据实际需求，对变压器容量进行合理计算和选择。

图2不同系列配电变压器负载损耗

（二）布置新型结构

变压器节能技术中，可以对新型结构进行布置，除了对新型加工工艺和新型材料进行应用以外，还能够对新的结构布置形式进行应用，采用多种方法，使变压器运行中的损耗降低。在当前的研究当中，一般对新型线圈的布置方式，以及新型绕组结构等进行应用。首先，对新型线圈布置方式进行应用，以涡流流向为基础，适当选择纵向、横向等不同的形式来布置线圈，从而使涡流发生的损耗尽量减少，变压器的运行损耗也能得到降低。另外，可以对新型绕组结构进行应用。在过去应用的绕组结构当中，有较大的损耗存在，在抗谐波干扰能力方面，也存在不足。经过研究发现，以不同配电电压等级为基础，对新型绕组结构进行选择，对自粘型换位导线加以利用，对漏磁走向加以控制，从而能够使绕组损耗控制加以实现，使配电变压器运行效益得到提高。

（三）改进制造工艺

在变压器节能技术当中，需要对制造工艺进一步改进，使配电变压器的运行损耗得到降低。在实际应用当中，运用先进的计算机控制数控加工系统加工切割硅钢片，从而实现精确控制界面形状、厚度等。利用当前的工艺水平，已经能够精确到0.18毫米的加工精度。应用如此低厚度的硅钢片使得配电变压器在运行中产生的空载损耗大大降低[3]。

（四）优化磁体材料

在变压器节能技术中，可以对磁体材料进行优化和改进，进而能

够在磁滞损耗方面大大减少。目前，非晶合金材料是一个研究热门的方向，这种材料和传统磁体材料相比，其消磁性能、磁化性能等都更为理想。在铁芯制作当中，使用这种新型的磁体材料可以能够有效减少变压器的铁损。这样，变压器在运行中，产生的经济效益就将更为显著。

（五）使用新型导线

在变压器的导线选择上，可以使用无氧铜作为材料，能够降低线圈的内阻，有益于控制变压器运行中的铜损，从而降低变压器的运行损耗。另外，在应用了新型导线之后，变压器也具备了更强的抗短路性能，运行经济性和安全性都大大提高。

四、结论

电力能源是当前社会中最重要的能源，在电力系统中，变压器是一个十分重要的设备。在电力系统运行当中，会产生一定的损耗，其中变压器的损耗占据着较大的比例。对此，为了实现能耗的降低，应积极研究和应用变压器节能技术，减少变压器的能耗，实现电力系统更加经济的运行。

参考文献：

[1]辛绍杰,王长忠,钟力.抽油机专用变压器2种调压节能技术的比较研究[J].上海电机学院学报,2009,12(4):259-262.

[2]应俊,阮万江,周洁.油田10kV采油井配电变压器节能降耗技术研究与应用[J].石油石化节能,2016,6(9):57-59.

[3]艾绍贵,马奎,贺好艳,等.一体化集成变阻抗节能变压器的研究[J].高电压技术,2016,42(4):1028-1034.