电力变压器的损耗研究与优化方法

杨洋

摘 要：电力变压器在电力系统具有十分重要的作用，是电网运行过程中重要组成部分。变压器设计的环节包括电力生产过程、电力输送过程以及电力分配过程，每一环节都需要经过变压器的处理才能确保安全稳定的使用。我国电网的发展速度随着社会的发展也不断加快，由于一次能源使用量越来越大，石油和煤炭的需要量逐渐扩大，资源使用量过大导致的资源短缺问题也越来越多的受到重视，因此在电力系统采用节能型变压器的需求也越来越高。

关键词：电力变压器；损耗；研究；优化

电力变压器在实际生活中具有十分广泛的应用效果，没有变压器的参与电网的运行将会陷入瘫痪，因此变压器在整体电网中的作用十分明显。随着社会发展速度的不断增加，人们对于环境问题和资源问题的重视程度不断提高，变压器在使用过程中，可能存在的不必要的资源损耗导致损耗较大，因此需要对其进行一定措施的处理。目前国内外的研究人员关于电力变压器漏磁以及附加损耗的研究相对比较多，但是由于本身的计算方法存在一定的误差，因此还没有良好的对这一问题解决，在目前的变压器设计和制造过程中，还没形成一个系统化的全面计算软件，变压器的设计人员大部分采用过去的解析方法和半经验法来进行计算处理。解析法的作用在于其本身虽然有比较多的简化计算和假设，因此本身对于复杂的工程问题不能保证具有足够的精确度，但是本身的物理模型比较清晰，因此在实际使用过程中，相对比较普遍。

1 降低电力变压器负载损耗的研究

变压器负载损耗指的是额定电流和参考温度下的损耗。额定电流指的是在进行侧分接是只能是主分接，不能利用其它的分接措施。参考温度的参考标准是对于变压器材料本身绝缘效果的耐热性。

1.1 负载损耗分析

变压器存在负载耗损的位置包括四个部分，分别是绕组导线环流和涡流损耗、引线损耗以及漏磁在钢铁结构件中出现的杂教损耗。通长情况下，格电阻损耗被称为基本损耗，其他的损耗成为附加损耗，基本损耗在整体的负载损耗中占据比较大的部分。在过去的研究资料中，通常会把线圈中的损耗成为线圈涡流损耗，而对除了线圈之后的其余金属结构件产生的附加损耗成为杂散损耗。由于线圈本身与导线之间的关系是并联的，因此将线圈附加损耗再次进行细分，环流和涡流两种损耗说明的是两种不同的漏磁效应。环流损耗是两者之间成并联关系的导致形成的回路电流产生的损耗值，后一种在各个导体体积电流的损耗值。

1.2 涡流损耗

由于变压器的漏抗是由漏磁场的大小以及分布情况所确定的，同时漏抗的大小也能决定变压器的阻抗值，因此可以通过漏磁场的情况来分析变压器附加损耗的变化规律。漏磁场在然组中会形成一定的涡流损耗，在油箱和结构件中会存在部分杂散损耗。

1.3 环流损耗

随着变压器总体制造容量的提高，计算技术的发展水平逐渐上升，为更深入的研究附加损耗提供了基础。与此同时由于在电力行业中公认的在漏磁场和涡流场中计算存在较大的暗度，因此很多专家都想要攻克这一难题，使得目前的变压器技术研究呈现白热化的形式，但是对于线圈环流问题的研究却没有更多的关注度。虽然在某些理论研究中得出了相应的结论，但是没有引起较大的反响，因此在很长时间内都没有得到改进。在变压器制造厂中仍然按照过去的经典的方法来进行相应的数据计算工作，因此计算环流耗损的公式也是将漏磁场进行假设之后推导出来的，本身的局限性比较明显，只能得出一个比较接近的数据，不能准确的得到结论。

2 220KV电力变压器负载耗损超标分析

通常情况计算安匝平衡时都是利用手册结合线匝的排布情况进行计算，将其分割成几个部分来计算，认为每个部分内安匝是均匀分布的，其次调整每个绕组所对应高度的值，使其能够比较接近或者相等，从而更准确的计算安匝占绕组总安匝百分数的比值，同时计算然组之间的不平衡安匝，根据这些数据来绘制平衡安匝分布图，最后利用安匝平衡计算结果和经验公式来确定绕组轴向力和辐向力的大小。如果能够有效的满足要求，则说明该方法可行；如果不能满足实际要求，则需要对其进行调整。

通过漏磁场有限元分析软件展示出的图形可以发现漏磁场的分布情况与磁势的分布存在着一定的差别，传统的经验公式带来的误差明显放大。通过漏磁场分析软件来对相应数据进行计算，同时根据不同的产品进行验证，经过对比之后发现不平衡安匝以及边界条件确定的辐向漏磁在绕组中产生的影响是巨大的。

3 变压器优化设计

变压器的主要构成部分是贴心和绕组两个部分，在性能的提升方面需要参考比较多的关系才能确定，而且在优化过程中有比较的模糊因素和非线性因素需要处理。想要完成对于变压器的优化过程，就必须全面的解决一项数学问题，该数学问题的特点是具有多种约束条件、变量数量较多、本身为非线性变化规律，同时目标函数的极值点很多。在传统解决方案中，可以将局部位置的最优点进行收敛处理，但是很难保证全局都达到最优解的条件，特别是在处理模糊因素以及离散变量的过程中存在比较多的问题。

在本次优化过程中，第一步的操作是进行电磁优化，这样可以保证最终结果趋于最优点此方案，同时利用漏磁场和短路电动力等软件进行处理和校正，确定出合适的电磁屏蔽和磁屏蔽条件，结合原材料以及工艺设备的情况提升产品的可靠性，降低原材料使用量，实现高短路机械强度、损耗低、局放低、噪音低的目的，进而逐渐将其调整至其他电力变压器的条件下，进行技术研究。

4 结语

通过对优化方案的选择，在变压器的制造过程中有效的降低材料的消耗，保证经济效益能够达到较高的水平。在用户角度而言，不仅能够为国家的节能减排做出一定的贡献，同时在使用过程中也能有效的降低使用量，降低自身的经济支出。在提高变压器的短路强度要求中，能够有效降低辐向漏磁，降低绕组短路的应力，因此达到有效的提升变压器的抗短路能力的目的。电力变压器是保证电网正常运行重要设备之一，其损耗量的大小对于整体电网的成本控制具有重要作用，同时，降低损耗在另一角度而言就是提升电力企业的经济效益，保证企业的整体发展竞争力。

参考文献：

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