低压配电变压器节能关键技术研究

娄金飞

[摘    要]低压配电变压器是我国电网中重要的电力设备，其数量繁多，是保证电网运行稳定性的关键，整体电能消耗较大。随着节能理念在我国电力事业广泛推广，我国对低压配电变压器节能技术的研究也进入到了一个新的阶段，如何降低配电变压器能耗成为电力事业发展的关键方向之一。基于此，对现有配电变压器运行特点进行了分析，并对变压器节能关键技术进行了针对性探讨。

[关键词]低压配电变压器;节能;关键技术

[中图分类号]TM63 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）03–0–02

[Abstract]Low voltage distribution transformer is an important power equipment in China's power grid， its quantity is numerous， it is the key to ensure the stability of power grid operation， and the overall power consumption is large. With the wide promotion of energy saving concept in China's electric power industry， the research on energy saving technology of low-voltage distribution transformers in China has also entered a new stage. How to reduce the energy consumption of distribution transformers has become one of the key directions in the development of power industry. Based on this， this paper attempts to analyze the operating characteristics of existing distribution transformers， and discusses the key technologies of transformer energy saving.

[Keywords]low voltage distribution transformer; energy saving; key technology

在配電网运行过程中，变压器发挥了不可替代的作用，其可以实现对配电网中不同电压等级电能间的相互转化，在我国电能生产以及输送中广泛应用。对于变压器设备来说，在电力系统中的分布非常广泛，数量极多，无论是发电环节、输电环节、配电环节还是各用电环节中都会在不同程度上应用到变压器设备。目前，变压器的容量通常是发电容量的4～6倍，这也就决定了变压器必须是一个高效能的设备，这样才能使其在电网中的关键作用得到有效发挥。但与此同时，变压器也是一个高效能的设备，再加上其在配电网中的分布数量极多，自身容量较大，其总耗能情况已经达到了发电量的10%甚至更多，这也就意味着我国每年变压器所消耗的电能几乎是一个天文数字，已经相当于一个大型电力系统的发电量。因此，对现有配置进行节能优化是非常重要的，这也是现阶段我国电力系统实现经济运行的重要举措。

1 低压配电变压器节能关键技术研究现状

现阶段，变压器在我国配电网中的应用非常广泛，电能耗损较大，应用新型节能变压器降低变压器整体耗损已经成为了我国配电网系统优化的重要方向。整体来看，为了实现对配电网中变压器耗能情况的有效优化控制，进而提升变压器运转经济性，我国已经对变压器的电磁原理有了更加深入的研究，开始尝试利用变压器容量与其耗损之间的关系来对变压器耗能情况进行控制，这样也可以实现对配电网系统整体运行成本的控制。世界各国对于变压器节能优化关键技术的重视程度越来越高，日本、美国、德国等在此方面的研究一直走在世界前列。例如，美国已经将非晶合金在配电网变压器中的应用全面落实，早在2000年左右，美国的非晶合金变压器已占配电变压器总数的25%左右，经过20 a来的不断研究探索，美国已经成为了非晶合金变压器研究开发最深入的国家。我国对于配电网变压器的研究虽然已经经历了几个阶段，但是整体来看，其在节能方面的研究尚且不够深入，对于节能关键技术开发的重视程度并不高，缺少有价值的理论以及实验研究成果，相关文献研究往往也较为浅显，不能够直接作为开展实践的理论基础。从1998年开始，我国政府带头开展了全国联网改造工作，用S9系列变压器全面取代了S7系列变压器，与此同时也开发了其他的节能产品，主要包括卷铁芯变压器、非晶合金变压器等等，但这些变压器很快便在此后陆续开展的两次全国规模的更新换代中淘汰，其淘汰原因是因为新产品仅比过去老产品降低5%～10%能耗，整体能耗控制效果并不十分理想。现阶段，我国市场已经陆续出现了S10以及S11系列产品，将其与之前的S9系列节能产品进行比较可以发现其节能效果已经有所提升，可行性也有所提升，但依然与国际水平存在较大差距。

2 低压配电变压器节能关键技术分析

2.1 变压器材料节能

想要实现对变压器能耗的有效控制，主要是通过导磁材料以及导电材料不断优化发展来实现的。近年来，我国在薄硅钢片等导磁材料的发展已经进入到了一个新的阶段，整体技术改进以及提升较为明显。此外，在非晶材料方面的发展也起到了优化变压器能耗的作用，现阶段这些材料已经被应用到了我国部分配电网变压器中。对于非晶合金变压器来说，是由厚度为普通硅钢片1/10的非晶合金材料制作而成的，在实际应用的过程中，此种材料发挥了较为理想的节能效果，主要优势体现在高电阻率、高磁导率。非晶合金材料在配电变压器中应用之后，将其与之前的硅钢片变压器损耗情况进行对比可以发现，其空负荷损耗降低70%以上，已经达到了较为理想的节能效果。但是对于这种通过改进优化材料性能的方式来对变压器耗能情况进行降低往往会受到现阶段我国整体科技水平的限制，使得此种方式的研究以及应用存在一定局限性，并且有关材料往往市场价格偏高，大量采购此种材料也不利于对配电网经济成本进行有效控制。但是整体来看，我国现阶段依然是以非晶合金铁芯变压器为主，其所具有的无噪音、低损耗的特点受到了我国电力行业的广泛欢迎。目前S11系列节能变压器在我国市场中的应用最为广泛，将其与上一代S9系列节能产品进行对比可以发现，其在空载损耗方面已经达到了较为理想的优化效果，这也是其之所以能够广泛在电力市场中进行应用的关键。将二者负载消耗情况进行对比发现，S11系列与S9系列在此方面的能耗情况基本相同，是将现阶段市场广泛应用的S11系列节能变压器与之前所应用的S9系列节能变压器空载以及负载情况下的损耗情况进行了对比，并且通过“空载损耗率=空载损耗工艺系数×单位损耗×铁心重量”的方式计算出了空载损耗率，如表1所示。

2.2 变压器运行节能

2.2.1 合理运用自动调压器

在配电变压器实际运行的过程中，其电压水平与铁损之间存在正相关，随着电压水平的提升，其内部铁损也势必会有所增加。经过长期实验表明，当配电变压器的过压水平达到10%时，其内部铁损会增加到50%左右，并且变压器的空载电流也会随之增加，这会使配电网的整体电能损耗总量明显提升，不利于配电网的经济运行。因此想要实现对配电网运行过程中变压器能耗的有效控制，应该避免设备在运行过程中出现持续性过电压现象，这样一来不仅可以延长配电变压器自身的使用寿命，同时也使得变压器内部的铁损消耗得到了有效控制，更加有利于保障变压器的稳定运行，同时也提升了配电网系统的整体运行安全性。目前，自动调压器的研发以及应用在一定程度上保证了配电网系统的整体运行稳定性，自动调压器可以实现对配电网输入电压的变化情况进行跟踪监测，可以对其运行过程中由负载变化所引起的电压波动情况进行详细核查，从而在很大程度上保证了变压器可以输出恒定电压，使得配电网系统的输出电压与输入电压之间波动范围不会超过20%，通过这种对输入电压进行实时监测以及实时调整的方式可以使配电网系统的电压得到持续性的控制。自动调压器在我国配电网系统中的广泛应用也标志着我国在配电网运行节能方面的研究进入到了一个新的阶段，并且已经取得了阶段性的成果。

通过举例说明的方式来对自动调压器的应用方法以及应用效果进行阐述：当变压器设备的容量处于正常大小时，想要实现对整个配电网系统损耗情况的有效控制，保证系统的经济运行，需要有一个变压器作為支撑，一般情况下，如果变压器的数量较多，那么整个变电站内部的负载情况也会明显增加，甚至会增加十几倍到几十倍，这会使配电网系统的损耗明显提升，从而无法实现配电网系统的经济运行。因此，在配电网系统运行的过程中，需要应用人为干扰的方式来对变压器进行投入或者切除操作，应该注意根据当前配电网的运行情况以及实际电力载荷要求来对配电变压器进行选择，这样才能保证配电变压器应用的针对性，适配合适的低压配电变压器能够有效保证变压器设备的经济运行效果，从而实现了对配电网系统整体运行成本的有效控制，也使得电能损耗控制达到了标准要求，有利于进一步延长配电网中配电变压器的使用寿命。

2.2.2 强化配电变压器三相负荷不平衡工况优化调整

配电变压器存在的三相负荷不平衡也是导致其能耗巨大的关键因素之一，当变压器处于三相平衡运行状态时，其整体负载损耗最小，经济性最高;如果变压器在运行过程中出现三相负荷不平衡的现象，其损耗会明显提升，主要是因为这时的总能耗为三相损耗总和。对于配电变压器来说，之所以会出现变压器三相负荷不平衡的工况，其主要原因体现在以下两个方面：①管理上存在薄弱环节。目前来看，致使配电变压器出现三相负荷不平衡工况最为主要的原因是运行管理存在漏洞或者薄弱环节，没有对其整体运行状态进行持续性考核管理，致使配电网系统的整体运行存在随意性，维护人员也在一定程度上放松了对变压器三相负荷的管理，从而致使其出现了持续性的三相负荷不平衡工况。②受到了单相用电设备的影响。由于现阶段我国很大一部分配电网线路都是动力线路与照明线路的混载，由于单相用电设备的用户横向用电差异较大，这也经常会导致配电变压器出现三相负荷不平衡的工况，进而增加了配电网整体损耗。

在解决变压器三相负荷不平衡工况问题时，可以尝试从以下几个方面进行：①优化改造原有配电网系统，强化三相负荷分布控制。应该注意结合现有的农网线路，来对电网进行合理设计改造，要将配电变压器设置在负荷中心，对其供电半径进行准确设定，要注意应用三相四线制供电方式，尽量不采用单相供电，从而降低供电改造随意性;②强化供电管理，负荷平衡。想要实现对变压器负荷平衡状态的有效保证，应该注意进一步强化供电管理工作，要注意将用电与配电进行紧密结合，很多时候用户往往会涉及到临时用电以及季节性用电，相关配电变压器的运行管理人员应该对用户的用电信息进行及时掌握，从而实现对用电形式的合理衔接。③强化无功补偿，促进三相负荷平衡。现阶段来看，我国单项设备数量正呈现出不断增加的趋势，这就需要三相电流进行平衡补充，从而在一定程度上导致电压质量下降。今后应该注意对上述情况进行就地无功补偿，从而达到降低线损的目的。

3 结束语

我国对低压配电电压器节能关键技术的研究不断深入，并且已经意识到了应用自动调压器的必要性，对自动调压器进行了进一步优化，使得控制电压的作用得到了充分发挥。此外，今后还要注意对变压器三相负荷不平衡工况进行优化管理，从而实现对配电网系统整体损耗的有效控制。

参考文献

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