浅析有载调容变压器在低压配电系统中的应用

刘明祥 孙建东 王江宁

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京210061）

0 引言

电力系统从发电、变电、输电、配电到用户用电，要进行多次升压、降压及逆变，不论哪种电压变换，多多少少总有损耗，用电变压器损耗较为明显，约占系统发电量的10%。虽然用电变压器技术成熟、转换效率很高，但其数量多、容量大，故总损耗还是比较大的。据不完全资料统计，电网60%～65%的损耗中，约有70%损耗在变压器上。如果变压器损耗能降低1%，每年就可节约上百亿度电。因此，国家电网公司在农村电网的第一期、第二期改造中，投入了大量资金将老式配电变压器更换成新型节能型有载调容变压器，用于降低农村电网的线损。我国农村电网负荷的季节性强、峰谷差较大，导致改造后农村电网配电变压器的损耗仍然较大，造成了大量电力资源的浪费［1］。

1 节能型有载调容变压器

节能型有载自动调容变压器的产生，就是为了解决农网中“大马拉小车”的问题。调容变压器具有大小2种额定容量，额定容量的变比约为3∶1，2种额定容量运行方式可以自动无缝转换。在输出电压不改变的情况下，实现变压器容量大小的自动调节，小容量变压器适应小负荷，大容量变压器适应大负荷，可大大降低变压器的损耗。尤其适用于用电季节性较强、用户负荷波动较大、用电比较集中、平均负载率低的场合。因此，在低压配电网中，该变压器应用空间广阔。

1.1 节能型有载调容变压器的基本原理

节能型有载调容变压器的基本设计原理是：变压器的三相绕组在大容额定量状态下组成三角形接法，小额定容量状态下组成星形接法。每相绕组由2部分组成：一是少数线匝部分，二是多数线匝部分。大容量时，多数线匝部分并联再与少数线匝部分串联；小容量时，多数线匝部分串联再与少数线匝部分串联。

每相绕组的少数线匝部分约占27%，多数线匝部分约占73%。多数线匝部分导线的截面积约为少数线匝部分导线截面积的1／2。输入、输出公式如下：

式中，Uo为有载调容变压器输出电压（V）；Uin为有载调容变压器输入电压（V）；N1为有载调容变压器输入绕组；N2为有载调容变压器输出绕组。

节能型有载调容变压器从大额定容量状态调整为小额定容量状态时，输入绕组连接方式由三角形改为星形，则小额定容量状态下Uin是大额定容量状态下Uin的1／，小额定容量状态下的输出绕线匝数N2是大额定容量状态下绕线匝数N2的倍，由于有载调容变压器Uin和N2增加的倍数相同，从而保持输出电压Uo稳定不变。大额定容量调为小额定容量时，原理同大额定容量转小额定容量原理。由于低压绕组匝数的增加，空载损耗和空载电流相应降低，达到了降损节能的目的［2］。

1.2 节能型有载调容变压器的技术特点

节能型有载调容变压器（容量同于干式变压器）相比于普通干式配电变压器，有如下技术特点：

（1）节能型有载调容变压器在同额定容量状态下，各项性能指标略优于普通干式变压器，因其绕组及结构原理的升级，使得空载损耗低，空载电流小，完美适应低压配电网中负载率低的状况，节能效果好。

（2）节能型有载调容变压器的短路阻抗基本上接近于国内标准最小值。

节能型有载调配电变压器，在大额定容量状态下，负荷率低于额定容量的40%时，可及时调到小额定容量状态，有效解决“大马拉小车”的问题，同时其性价比高于传统的“母子变压器”。

1.3 节能型有载调容变压器损耗分析

节能型有载调容变压器是通过改变调容变压器的额定容量达到节能的目的，大额定容量状态下有载调容变压器的空载损耗和负载损耗相对较大，小额定容量状态下的空载损耗和负载损耗相对较小，其两种损耗适用相同的公式损耗计算公式，仅仅参数有差异。

普通干式变压器的电能损耗分为有功电能损耗和无功电能损耗，总损耗为有功损耗和无功损耗之和。节能型有载调容变压器有2种额定容量，其每日电能损耗为其大额定容量电能损耗和小额定容量电能损耗之和。

普通干式变压器的电能损耗计算公式如下：

式中，ΔΡ0D为变压器空载有功损耗（kW）；TD为变压器连接供电线路时间（h）；ΔΡKD为变压器在额定负载时的有功功耗（kW）；SC为变压器负载（kVA）；SN为变压器容量（kVA）；τD为变压器的最大负载损耗时间（h）；ΔQ0D为变压器空载无功损耗（kW）；ΔQKD为变压器在额定负载时的无功功耗（kW）。

节能型有载调容变压器损耗计算公式为大额定容量普通干式变压器损耗与小额定容量普通干式变压器损耗之和，即：

式中，ΔS总为变压器总电能损耗（kW）；ΔS高容量为高容量变压器电能损耗（kW）；ΔS低容量为低容量变压器电能损耗（kW）。

2 应用节能型有载调容变压器的经济效益

辽宁辽阳的科技示范项目中，就安装了1台节能型有载调容变压器，容量为S9（315／100kVA），替换原有的普通干式变压器，容量为S9（315kVA），图1为有载调容变压器现场运行图。此节能型有载调容变压器供应200多户居民的正常供电，其绝大部分时间处于小负荷运行状态，但在用电高峰期（早上06：00—08：00、中午11：00—13：00、下午17：00—21：00）、农忙期存在过负荷运行的状况，影响了居民的正常用电。节能型有载调容变压器投运一年以来，容量累计切换次数多达1 051次，大额定容量状态下累计运行时间约1 311h，小额定容量累计运行时间约7 449h，平均每天大额定容量状态下仅仅运行约4h，其余时间均在小额定容量状态下运行，很好地解决了低压配电侧负荷不均衡造成的“大马拉小车”问题，大大降低了变压器损耗，节约了电能，提高了电能质量。

图1 有载调容变压器现场运行图

由公式（2）、（3）计算可知，每台S9（315／100kVA）节能型有载调容配电变压器比同容量的S9（315kVA）型普通干式变压器每年可节约电量约3 600kW·h。

3 结语

随着国家电网公司发展重心的逐渐倾斜，节能、清洁、自动化愈加受到国家电网重视，国家在中、低压配用电系统中的投资也会越来越大，其会呈爆炸式发展。而节能型有载调容变压器的出现，完全满足国家电网的节能、清洁、自动化发展需求，相信节能型有载调容变压器的市场会越来越广阔。

［1］王志凤，王作军，姚伟.有载调容变压器在农村电网中的应用［J］.供用电，2009（5）

［2］孙海军，郭慧.油田专用有载调容变压器原理与性能分析［J］.变压器，2002（11）