试析配电变压器经济运行的问题

试析配电变压器经济运行的问题

吕,桐

国网哈尔滨供电公司，黑龙江 哈尔滨 150028

摘要：配电变压器作为工业生产的重要设备，在输变电过程中产生损耗浪费大量的能量。实现配电变压器的经济运行，对生产成本的降低具有重要意义。配电变压器经济运行是指变压器在运行时功率损耗最小、运行费用最低。本文通过对变压器原理、空载损耗、短路损耗的分析，提出了合理选择变压器的类型、合理选择变压器的额定容量、增加二次电容降低功率因数、改善变压器运行环境的方法确保变压器在传递电能的同时消耗能量最少。针对变压器类型提出采用新型节能变压器以降低损耗，特别是推荐了SBH15-M型非晶合金铁芯节能型变压器。在容量选择上提出了综合经济效果计算法。同时建议提高变压器二次功率因数以降低变压器运行电流。最终达到减少电能损耗、降低生产成本的目的。

关键词：变压器；经济运行；节电

引言

配电变压器作为工业生产的重要设备，在输变电过程中产生损耗浪费大量的能量。随着变压器制造技术不断提高，虽然目前变压器的效率非常高，可以达到96.0%-99.7%，但由于使用数量多、功率大，消耗的电能也十分惊人，降低变压器损耗对工业生产降本增效有着重要的意义。

1 变压器的基本原理

变压器是利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递信号或电能的电器。其工作原理是在电磁感应、磁势平衡这两个理论的基础上，当交流电压接到初级绕组的线圈时，由于交流电的极性以及电流的大小不停地发生变化，因此初级绕组的线圈产生的磁强强度也不停地变化，由于磁场强度的变化，使缠绕在同一铁芯上的另一线圈产生感应电动势。变压器是变换交流电压、交流电流和阻抗的器件。在原、副线圈匝数不同的情况下，通过电磁感应、磁势平衡的原理，原、副绕组线圈可以得到不同的电压和电流。

2 变压器的损耗和效率分析

变压器在运行过程中，其损耗可以分为铁耗、铜耗两类。为方便计算变压器的铜耗、铁耗引入了短路损耗、空载损耗。空载损耗和短路损耗是研究变压器损耗的重要参数。

2.1 变压器的空载损耗

当变压器二次绕组开路，一次绕组施加额定频率正弦波形的额定电压时，所消耗的有功功率称为空载损耗。空载损耗只有极少部分是原绕组电阻产生的铜耗损失，绝大部分是铁耗，一般铜损耗约占空载损耗的2%，因此可以认为空载损耗等于铁耗。当电源一定时，铁损基本不变，等于空载损耗，与负载的变化关系不大。

2.2 变压器的短路损耗

变压器绕组在流过电流的时候，由于其自身存在电阻的原因，将消耗一部分电能并转换成热量。因为大部分变压器绕组都采用铜线绕制而成，所以将绕组的损耗称为变压器铜耗。

变压器短路损耗是指一侧绕组短路另一侧通入额定电流时，在绕组电阻上所消耗的能量总和。铜耗的计算公式：

Pcu=I21R1+I22R2

所以变压器的铜耗主要取决于负载电流的大小和绕组电阻。已知变压器的短路损耗可以求出任一负载下变压器的铜损：

Pcu=β2Pkn。

其中Pkn为额定负载下的铜耗，约等于短路损耗。β2为负载系数。

2.3 变压器运行效率

在已知输出功率和损耗的情况下，可求出变压器输入功率P1：

P1=P2+PFe+Pcu

输出功率与输入功率之比的百分数称为效率：

η=P2/P1х100%

变压器效率测定工程上常用间接法，即通过空载试验和短路试验求出变压器的铁耗和铜耗，然后用下式计算效率：

通过空载试验可求出变压器的铁耗。认为铁耗近似等于额定电压下的空载损耗P0，且认为负载变化时铁耗保持不变：PFe≈P0=常数,通过短路试验可求出变压器的铜耗。认为铜耗近似于等于额定电流时的短路损耗Pkn且铜耗正比于负载电流的平方：Pcu≈（I2/IN2）2Pkn=β2Pkn由于变压器的电压变化率很小，负载时U2的变化可不予考虑，于是输出功率为：

则效率也可写成效率随负载电流而变化的曲线η=f（I2）=f（β）称为效率曲线。按式（8）用不同的负载电流的标么值代入，就可得到效率曲线

当I2变化到某一数值时，效率为最大。最大效率可以用导数求出。将公式对β微分，并使之等于零，

即dη/dβ=0

可得P0=βm2Pkn上式说明，当变压器的不变损耗（铁耗）等于可变损耗（铜耗）时，效率最高。此时式中βm为变压器效率最大时的负载系数，一般在0.5～0.6左右。

变压器的效率决定于铁耗、铜耗和负载系数的大小。当负载电流较小时，可变损耗（铜耗）较小，变压器的效率取决于不变损耗（铁耗）。如果增大二次负载电流，总损耗变化较小而输出功率随电流成正比增大，效率也随负载电流增大而增大。当负载电流较大时，可变损耗成为总损耗的主要部分，他正比于电流的平方，而输出功率只与电流成正比，故负载电流继续增大时效率将逐步下降。当不变损耗等于可变损耗时，出现转折点，此时效率为最大。

3 变压器的节电措施

根据变压器效率的决定因素铁耗、铜耗和负载的系数大小，其中铁耗由变压器本身性质决定，与变压器选择的型号、容量有关；铜耗与负载电流的大小有关；负载的系数大小与变压器容量与实际负载有关。变压器的节电措施有：优选节电型变压器、合理选择变压器的容量，提高二次负载功率因数，改善变压器运行环境。

3.1 优选节电型变压器

目前我国配电变压器按冷却方式可分为：油侵式变压器和干式变压器，其中油侵式变压器有S9、新S9、S11、SH11、S11-MR、S13、SH15-M、SBH15-M等系列，干式变压器有SC10、SCB10、SCBH10、SCBH15等系列。变压器对于油侵式变压器符合S11系列损耗水平及以上的产品，作为推荐的节能系列产品，对于干式变压器符合SC10系列损耗水平及以上的产品，作为推荐的节能系列产品。按变压器导磁材料来分可以分为硅钢片变压器和非晶合金材料变压器。非晶合金材料具有优良的导磁性能，非晶合金材料变压器具有良好的节电效果。

3.2 合理选择变压器容量和台数

变压器容量和台数计算主要有如下方法：年损耗电能最小估算法、利用最佳经济负荷率与实际负荷估算法、负荷计算法、综合经济效果计算法。其中综合经济效果来选择变压器，考虑了变压器损耗，基建投资、运行费用。能够全面反映使用变压器的经济性。综合经济效果计算法选择变压器有两部分组成。

（1）基本建设投资：CJ=Cb1+Cb2式中Cb1为土建费用、附属设施费用、变压器价格，安装费用。Cb2上级供电部门所需费用。

（2）使用寿命内运行费用：Cy=C1+C2+C3+C4式中：C1为使用寿命内变压器的维护费用，C2为使用寿命内运行人员的工资，C3为使用寿命内变压器负荷用电费，C4为使用寿命内变压器电能损耗费。

通过计算，选择基本建设投资和使用寿命内运行费用最小值的方案，作为综合经济效果最佳的变压器。

3.3 提高变压器负载的功率因数

在负载不变的条件下，降低变压器损耗，应该提高负载的功率因数。在相同负载的条件下，功率因数低，流过变压器的无功电流就大；相反功率因数高，流过变压器的无功电流就小。一般电机负荷的变压器功率因数在0.7-0.8之间。以配电变压器S11-2500/10变压器为例说明：功率因数由过去0.78上升到0.95。从补偿前负载能力：2500×0.78=1950KW；补偿后可达到：2500×0.95=2375KW；功率因数改变后，它就可以多承担425KW的负载。从而节约大量的设备投资。同时补偿后二次电流降低681A。降低了变压器的损耗。

3.4 改善变压器的运行环境

改善变压器的运行环境，尽量不要长时间超负荷运行，维护保养及时，降低变压器工作环境的温度。环境温度过高不仅降低变压器的运行效率，增加变压器损耗，还会加速变压器内部绝缘的老化，使变压器的使用寿命减少。

4 结束语

综上所述配电变压器在节能降耗方面有较大的潜力，随着经济的发展，企业规模的扩大，只有使用节能高效的变压器、合理确定变压器的容量以及科学的管理，节能降耗工作才能卓有成效。

参考文献：

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[2]张丽萍.浅谈变压器节能措施[J].油气田地面工程，2009.

[3]耿庆鲁.配电变压器的节能措施[J].中国氯碱，2008.