关于电力变压器损耗的探讨

秦军伟 刘俊宝

河南心连心化学工业集团股份有限公司 河南新乡 453000

由于发电系统受绝缘材料和散热等方面的限制，发电机的输出额定电压多为10.5kV和18.5kV，采用这种较低的电压将电能从发电站输送到遥远的用户很不经济，因为当输送一定功率的电能时，电压越低，电流越大，线路的损耗和压降也越大，为了减少线路损耗和压降，虽然可以通过增大输电线路的截面积进行解决，但却使初投资增加很多。如果使用升压电力变压器将发电机输出的电压升高到几十千伏或几百千伏再进行输送，就可以大大减小输电电流，从而解决线路损耗和压降与输电线路截面积之间的矛盾。同时，各种用电设备由于考虑到合适的绝缘水平和人身安全，电压都是比较低的，这就需要利用降压变压器，将输电网的高电压变换成用电设备匹配的低电压。

1 变压器的工作原理和分类

1.1 变压器工作原理

变压器是根据电磁感应原理工作的，即在一个闭合的铁芯上装有两个匝数不同并互相绝缘的绕组，其中一次绕组与电网连接，二次绕组与负载连接。当一次绕组接通交流电源时，其中就会有交流电流通过，在铁芯中产生与电源频率相同的交变磁通，在绕组中感应出交变电动势。一次绕组是自感电动势，二次绕组是互感电动势。二次绕组有了感应电动势，如果接上负载，便可以向负载供电，实现能量从一次绕组到二次绕组的传递[1]。总结为一句话就是，电力变压器从电网吸取能量，通过电磁感应原理，以磁通为媒介，将能量传递给负载。

1.2 变压器分类

变压器按照用途、冷却方式等可以分为多种，其中主要用于输电、配电、用电部门是电力变压器，占到变压器产品中大部分。电力变压器根据实际使用需求，又可以分为油浸式和干式，其中油浸式绝缘和散热性能好，主要为大容量变压器，做主变用；干式体积较小，安装维护简单，主要为小容量变压器，做站用变或车间变较多。

2 电力变压器的运行特性

2.1 外特性

外特性是指一次侧电源电压和负载功率因数均为常量时，二次侧电压随负载电流变化而变化的曲线。对于纯电阻负载和电感性负载，二次侧电压随负载电流增大而降低；对于电容性负载，二次侧电压随负载电流的增大而升高。在实际应用中，我们通常在二次侧安装电容柜，用于补偿负载增大而造成的二次侧电压降，维持电力变压器二次侧的稳定，提供供电可靠性[2]。

2.2 效率特性

变压器在运行过程中，会产生损耗，主要分为铜损耗和铁损耗两大类，两者又分别包括基本损耗和附加损耗。基本铜损是电流在一二次绕组的直流电阻引起的损耗，附加铜损主要指由于漏磁通引起的集肤效应和邻近效应，使导线的有效截面积减小、电阻增大引起的损耗。铜损与负载电流的二次方成正比，随负载变化而变化，也可称为可变损耗。基本铁损是变压器铁芯中的磁滞和涡流损耗，附加铁损包括叠片间由于绝缘损伤引起的局部损耗、接缝处磁通密度不均匀引起的损耗和主磁通在结构件中引起的涡流损耗等。铁损近似与电源电压二次方成正比，而电源电压可以认为是恒定的，铁损近似不变，也可称为固定损耗。在中小型变压器中，附加铜损/铁损通常比基本铜损/铁损小很多。在大型变压器中，附加损耗较大，在制造时往往采取导体换位、油箱内壁采用铝板/硅钢片进行电磁屏蔽或采用非磁性压板、夹件等措施，以提高效率。

2.3 功率流导过程与损耗

电源从一次绕组输入，电功率为P1，其中很小一部分消耗于一次侧的铜损和铁损，绝大部分传递给二次绕组，又有一小部分消耗于二次侧铜损和附加损耗，绝大部分供给负载P2。变压器应分别做空载试验和短路试验，其中空载试验是变压器在空载状态下进行的试验，主要测定变比k、空载电流Io、空载损耗po和励磁阻抗zm；短路试验是指变压器一次侧接电源、二次侧短路进行的试验，主要测定短路电阻、短路电抗和短路损耗[3]。根据实验测定的铜损、铁损等损耗情况，变压器实际效率可以表述为μ=P2/P×100%=（P1-Σp）/P1×100%=（1-Σp/P1）×100%=[1-Σp/（P2+Σp）]×100%。（说明：Σp为铁损+铜损之和）

2.4 变压器损耗计算

在实际应用中，因为变压器的效率很高，测量仪表本身存在误差，不适宜通过直接测量求差取得，并且用带载的方法测量损耗不经济。因此工程上常用间接法测定效率。以常年带载且负荷变动不大的化工厂为例，根据实验测定的数据，同时变压器负载率取60%，变压器投运时间取360天/年，电费按0.6元/度计算，采用以下公式进行年损耗计算：

C y = { 3 6 0 × 2 4 ×[ P o +（ 0 .0 5 ×I o × S n ）÷100]+360×24×0.6×[Pk×0.6+（0.05×Uk×Sn）÷100]}×0.6

公式说明：Po— —空载损耗，kW；

Pk— —负载损耗，kW；

Sn— —额定容量，kVA；

Uk— —短路阻抗百分数，%；

Io— —空载电流百分数，%；

3 变压器损耗的差异性

对于大容量电力变压器，通常选择油浸式，常年接在电网上，负载因时间和季节不同而有所变化，不可避免的会出现轻载运行的情况，虽然轻载是铜损会减小，但铁损并不因此而减小，所以减小铁损对减小全年的能量损耗有利。对于终端用户的车间变压器，通常容量不大，一般选择干式变压器，根据车间的生产特性，变压器带载情况不一样，以化工厂为例，其工序为连续生产性质，且用电负荷稳定，则降低铜损和铁损的重要程度一样。

4 结语

电力变压器在电力系统中的广泛应用，极大地提升了电能输送效率，为社会经济建设提供能源支持。所以电力系统中选择能效较高的变压器对提高电力输送效率意义重大。