淺談變配電變壓器節能降耗措施

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摘要：首先分析了變壓器運行的損耗，然后從配變的選型、配置、運行方式、無功補償和管理5個方面探討了其節能降耗措施。

關鍵詞：配網；變壓器；節能降耗

0.引言

變壓器是電網中運用最普遍的設備之一，它貫穿于電力系統的發、輸、變、配、用各個環節。一般說來，從發電到用電需要經過3～5 次的電壓變換過程，其中變壓器必然產生有功和無功損耗，所以其電能總損耗約占發電量的 10%。尤其在變配電網中，增加配變布點的要求使得配電變壓器的數量和總容量非常龐大，在整個電力系統變壓器中占了相當比例。因此，提高變配電運行效率、降低配網損耗具有極為重大的意義。

1.變壓器損耗

變壓器損耗包括鐵耗和銅耗［1］。鐵耗與鐵芯的材質有關，與負

荷大小無關，其值基本上是固定的；銅耗與變壓器的負載密切相關。

近似與負荷電流的平方成正比。變壓器的等效電路如圖 1 所示

因此，變壓器有功損耗可標示為：ΔP＝P0＋β2Pk

式中，ΔP 為變壓器有功損耗；P0 為空載損耗；β 為變壓器負載率；Pk為短路損耗率。變壓器的損耗率可以表示為：

η=P2/P1×100%= P2/P2+ΔP1×100%隨著變壓器負載率的變化，當 β＝（P0

／Pk）0.5 時，即當可變損耗（銅耗）等于不變損耗（鐵耗）時，變壓

器效率最大值為：

ηmax=SNcosφ/SNcosφ+2 P0PK×100%

2.變壓器節能降耗措施

根據變壓器損耗產生的根源，以下從 5 個方面探討降低變壓器銅耗與鐵耗的措施。

2.1合理選擇變壓器型號

變壓器的鐵耗發生在變壓器鐵芯碟片內，主要由交變的磁力線通過鐵芯產生磁滯及渦流帶來損耗。最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，20 世紀初，經研究發現，在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經多次改進，用 0.35 mm 厚的硅鋼片代替了鐵線制作變壓器鐵芯。近年來，變壓器的鐵芯材料已發展到最新的節能材料 —非晶態磁性材料，非晶合金鐵芯變壓器應運而生這種變壓器的鐵損大幅度降低，僅為硅鋼變壓器的 1/5。我國 S7 系列變壓器是 20 世紀 80 年代后推出的，其空載損耗和短路損耗均較高。目前推廣應用的是 S11 系列低損耗變壓器，其卷鐵芯改變了傳統的疊片式鐵芯結構為硅鋼片連續卷制，鐵芯無接縫，大大減少了磁阻，使空載電流減少了 60%～80%，提高了功率降低了電網線損，改善了電網的供電品質。文獻［2］對800kVA 的S9 型配變和非晶合金配變的節能性能進行了比較，其在 20%和 75%兩個負載率下的年節電量分別為10002kW·h 和 23940kW·h。

據統計，全國在網運行的 1980 年以前生產的老式配電變壓器仍有 2.5 億 kvA，與 S9 系列變壓器相比，它們的損耗高出40%，全年多損耗電能 100 億 kW·h，從環保方面看，相當于 7 000多萬桶原油產生的能量，每年向大氣排放大量二氧化硫和二氧化碳。此外，由于這批變壓器使用時間大都已超過 20 年，絕緣層老化、維修不方便，事故隱患不斷［3］。因此，更換高損耗配變帶來的節能效益是非常可觀的，且有利于增強配網運行的可靠性。我公司屬于新建礦山，據統計，目前羊拉礦山在網運行的35kV/10kV共2臺，10kV/400V變壓器60臺，總共62臺均為S9系列型號，其中10kV變壓器60臺總容量為：28240kvA,35kV變壓器2臺總容量為20000kvA，全礦電力變壓器總容量：48240kvA。

2.2合理配置變壓器

一般電力變壓器的空載損耗和短路損耗之比大約在 1／4～1／3

之間，因此，當變壓器負載率在 50%～70%時，變壓器的運行效率最

高。故應根據配變所供負荷的特點，計算負荷變化的范圍，在同時考

慮技術和經濟兩因素的前提下，合理地配置變壓器的容量及臺數，這樣既可減少基本電費，提高運行效率，又能降低變壓器損耗。隨著變壓器制造技術的不斷提高，其空載損耗和負載損耗都有大幅下降。但是，在變壓器的發展過程中，空載損耗的下降速度遠遠超過負載損耗的下降速度，這是在磁性材料的制造技術方面進展較快的結果。隨之而來的一個變化是，變壓器的經濟運行容量明顯下降，以非晶合金變壓器為例，其經濟運行容量下降到了 20%～30%，且隨著變壓器容量的增大，節能效率也逐步提高。因此，在工程選型時非晶合金變壓器的容量宜大些。對于季節性負荷較強的地區，如果配變處于輕載的時間較長，其空載損耗將成為電能損耗的主要部分。因此，在這類地區宜采用非晶合金變壓器［4］。低壓臺區供電半徑在很大程度上影響配網線損，流經低壓配電網的電流較大，在導線截面一定的情況下，低壓線越長，損耗越大。因此，一方面，配變應裝設在所供臺區的負荷中心；另一方面，應增加配變的布點，避免低壓長距離供電。根據

礦山生產用電負荷情況，井下配變設備設計選型時可以考慮使用此類變壓器使用。

2.3優化變壓器運行

由于變壓器并聯運行有很多優點［5］，所以大型企業一般都有

多臺變壓器同時運行，在運行中根據實際負荷大小安排變壓器臺數，合理分配負荷，將有效地降低企業的電能損耗和運行成本。據統計，目前我公司在網運行的35kV/10kV變壓器60多臺，每月向電網公司支付容量費：325000元，全年共支出容量費：3900000元。以公司35kV降壓站主變運行方式及損耗計算為例：

（1）型號：SF9-16000/35#1主變一臺空載損耗：14.7kW,負載損耗：73.61kW,正生產常情況下，按照電網電量價：0.4375元/kW.h計算，每天型號SF9-16000/35主變一臺損耗費為：73.61kW×0.4375元/kW.h×24=772.905元，年損耗費總支出：278245.8元。

（2）型號：SF9-4000/35#2備用變一臺空載損耗：4.85kW,負載損耗：30.69kW，非正常生產情況下，根據生產負荷改變主變運行方式，停運#1主變，改投運#2備用變一臺損耗費為：30.69kW×0.4375元/kW.h×24=322.245元，與#1主變相比每天節約：450.66元。如果公司各廠變配電站室運行值班人員，根據各廠生產所需負荷情況及時改變變壓器運行方式，每年可以為公司節約變壓器損耗費用支出非常可觀。對于低壓側存在聯絡關系的系統，只需通過操作低壓開關即可實現運行方式的轉換，相比之下，單純新增或更換變壓器不僅工作量大，而且經濟性不高，甚至在較多情況下效果還不如低壓側聯絡的方式低壓聯絡系統可推廣到相鄰的多臺變壓器，且只需經過簡單計算即可得出臨界負荷電流［6］在低壓配變之間距離較近時，可在規劃配變時增加低壓側聯絡線路，在同時考慮供電可靠性和經濟性的情況下，選擇合理線徑的低壓聯絡線，這種方式適合供電線路短，用電設備集中，比如：浮選車間供電方式，尤其適用于住宅生活區供電。此外，在發達城市農村配網的臺區改造方案中也可考慮低壓聯絡的方式，如新增配變解決重過載問題時可在新增配變和原配變之間增加低壓聯絡線當負荷的峰谷差較大且負荷較長時間處于較小水平時，可增設小容量變壓器，在負荷較大時用主變壓器供電，在小負荷時用小容量變壓器供電，這樣既滿足了大負荷時配變容量的要求，也能在小負荷時降低損耗。

2.4 采用無功補償提高功率因數

配電變壓器的效率不僅隨著輸送有功功率的變化而變化，還隨著負荷功率因數的變化而變化，電網要求用戶功率因數不得低于：cosφ=0.93，通常功率因數低時，變壓器效率相應地也降低、應對變壓器進行無功補償，提高其功率因數，可以大大減少無功功率在變壓器上的傳輸，從而減少變壓器上的損耗這種方法節能效果顯著。通常會在功率因數較低時采用就地電容補償或者減少感性負載運行，發電廠可采用進相運行等，此外，無功功率補償還可降低高壓電網的線損，提高變壓器的負載能力，并改善用戶的電壓質量。例如：我公司二選廠功率因素0.87,硫酸廠、電銅廠及10kV大平臺線功率因素0.83，可以考慮無功補償提高功率因數。

2.5 加強配變的管理

在礦山供電網絡圖上看，我公司配變規模數達60多臺，這些配變的型號、容量和運行狀態各不相同，如何系統地管理配變臺帳，及時發現損耗較高的節點，并采取有效的節能降耗手段，是一項復雜的工作在實際工作中應加強如下幾個方面的管理：

（1）開展配變資產清查工作，清理高能耗和運行時間長的殘舊配變，并及時進行更換。

（2）加強配變運行數據的管理，掌握配變負載率的發展趨勢，整理出過載配變和即將過載的配變，制定相應的方案并做好設計，

及時在配網規劃中立項實施。

（3）對于為解決重、過載而新增的配變，應合理設置其布點，在緩解配變重、過載的同時減小低壓供電半徑。

（4）在設計生活居民及施工用電方案、配置變壓器容量時，不能采取一刀切的方式去規定每戶施工的用電容量，而應根據實際的用電情況，有彈性地選擇配變的容量和臺數。

3 .結語

合理選用、配置、管理配電變壓器在節能降耗方面具有巨大的

潛力隨著電力負荷的增長，配變的數量和容量也逐步增加，除了

在工藝上采用新型節能材料在規劃運行時降低變壓器損耗之外，

還必須加強配變的管理，充分挖掘配變降損措施。