叶杰良
（广东扬城电气有限公司 广东广州 510540）
摘要：在电力系统中，变压器有着至关重要的作用，它是实现不同电压等级电能互相转换的重要电气设备,但配电变压器在运行过程中会产生极大的电能消耗。本文分析了我国10kV变压器节能降耗技术的研究现状，并对目前较为常用的变压器节能降耗技术进行了整理分析，以供参考。
关键词：变压器；节能降耗；技术
引言：目前10kV配电网上运行服役时间超过20年的低效率高能耗的配电变压器容量约占整个配电网系统容量的10%以上,其总容量高达 2.4亿kVA,这样每年由于低率配电变压器产生的电能浪费十分巨大,加上这些配电变压器普遍存在参数较低、损耗较高、缺陷较多、自动化水平较低等问题,大大降低了配电网运行经济可靠性。因此,对导致10kV配电变压器产生较高损耗的原因进行归纳总结后,结合先进的技术装备,降低配电变压器系统损耗,提高配电网电能供应的经济可靠性,对于节约能源、缓解电力供应短缺、促进当地经济发展等方面均具有非常重要的意义。
1.我国10kV配电变压器发展现状
20世纪50年代，因为技术落后等原因导致变压器能耗较大，这一阶段大约持续了20年之久。20世纪60年代后期，国家有关部门强制在10kV配电网中使用S7系列变压器产品，这类变压器的能耗比之间产品有一定程度的降低，这一阶段持续了40年左右。20世纪末期，我国开始对既有电网进行全面的升级改造，将原有的S7系列变压器替换为技术更为先进的S9系列产品，从而使变压器的能耗得以进一步的降低。经过上述两次比较大规模的改造以后，新产品的能耗也只是比老产品的能耗降低8%左右。可以看出，我国要想实现有效降低配电变压器的电能损耗，还需要对有关变压器节能降耗理论进行不断完善，并逐步将先进的理论在实践中推广应用。
2.10kV配电变压器节能降耗技术
2.1确定变压器间负载经济分配
国内在大量研究专家学者的共同努力下,在配电变压器节能降耗方面已取得了令人满意的成果,其基本措施方法就是在配电网系统中广泛推广使用如S12,S11等高效能低损耗的配电变压器;在实际调度运行过程中,根据系统负荷变化特性,合理正确选用变压器容量、台数、以及调度运行模式;采用动态无功补偿装置等提高配电变压器功率因数等也是配电变压器节能降耗的主要技术措施,从而有效提高配电变压器综合利用效率水平。由于10kV配电变压器在工程实际应用中通常是由几台变压器同时并列运行供电,即在配电网供电系统中配电变压器有功功率和无功功率总损耗为所有变压器损耗的总和。从大量文献资料和实际设计工作经验可知,在供电系统电力负荷总量不变,且变压器运行方式也处于不变条件下,变压器间负载量的分配不同其变压器系统总有功损耗和无功损耗也会有很大差别。因此,在多台变压器并列运行模式下,需要对变压器间的总负载进行经济分配,从而使各变压器均运行在最优工况条件下,使变压器总有功功率损耗和无功功率损耗降到到系统最低值,达到节能降耗的目的。
2.2选用自动调压器
自动调压器是一种可以自动跟踪供配电系统中输入电压值的变化(主要由电力系统中负载波动引起)值而通过内部电压的自动调节,保证整个电压输出稳定,也就是说通过调整配电变压器负载分接头档位、在母线上投切对应补偿电容器等技术手段,从而在保证配电网电压质量水平的基础上,通过适度优化调整配电网运行电压,就可以使配电变压器达到节电降损的目的。
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由变压器原理可知，变压器铁心损耗
P0=KP0* ptx* Gtx（1）
式中，KP0——铁心损耗工艺附加系数，
Ptx——铁心硅钢片单位损耗，W/kg
Gtx——铁心硅钢片总重量， kg
Ptx取决于硅钢片的牌号及磁通密度Bm，磁通密度不超过1.75T时在工程上可按下式计算硅钢片的单位损耗
Ptx=K*f1.3*Bm2（2）
式中，K——取决于硅钢片牌号的常数，
Bm——磁通密度，T
根据电磁感应原理可知，磁通密度与电压有以下关系：
Bm=45*Uxg/W/Ac （3）
式中， Uxg——变压器相电压，V
W——变压器匝数
Ac——铁心截面积，cm2
由式（1）、（2）、（3）可得
P0=2025*KP0*K*f1.3*（Uxg/W/Ac） 2 * Gtx（4）
对于运行中的变压器来说，式（4）唯一的变量就是变压器的相电压Uxg，变压器铁心损耗与相电压Uxg的平方成正比。所以配电变压器运行过程中过电压会导致变压器铁心损耗增加。如果变压器设计磁密取得较高，过电压导致的铁心损耗增加将会更加严重，因为这种情况下铁心磁通密度接近饱和，单位损耗急剧增大。例如：某台变压器采用牌号为27QG110的硅钢片制造铁心，设计磁通密度取1.72T，额定电压时其单位损耗为1.094 W/kg；当其过电压5%时，磁通密度为1.806T，单位损耗为1.342 W/kg，铁心损耗增加值达到22.7%；当其过电压10%时，磁通密度为1.892T，单位损耗为1.723 W/kg，铁心损耗增加值达到57.5%。过电压除了导致变压器铁心损耗增加外，还导致了变压器内部空载电流值大幅度增加,从而增大了供配电系统中的无功损耗总量。配电变压器在实际运行过程中,通过相应设备控制避免其出现过电压运行工况,一方面可以延长变压器使用寿命,另一方面可以降低变压器内部铁损和激磁损耗,保证其高效稳定运行。
2.3无功补偿提高变压器负载功率因数
在配电网系统中有大量感应电动机和其他感应电气设备,这些设备在运行过程中除了消耗配电网有功电能外,还需要一定量的无功功率维持系统电磁平衡。配电网中无功功率的增加,势必会导致整个系统功率因素cosΦ值较低,从而增加了配电变压器的系统能耗,增大了电能损失。采用SVC、SVG等无功补偿装置,可以对配电网系统无功进行实时补偿,从而实现配电网区域无功的动态平衡,使配电网负载电流降低,减少变压器的有功损耗和无功损耗,达到节能降耗的目的。在配电变压器允许电压偏差范围内,选用调压与补偿电容器相结合的无功调节措施方案,可以实现配电变压器峰谷运行工况条件下的逆调压节能运行需求。
2.4保持配电变压器运行三相负荷实时平衡
当配电变压器三相负荷处于不平衡状态时,就会造成变压器三相压差过大,从而产生负序电压,导致供配电系统电压发生波动,影响电压质量和供配电系统安全可靠运行。变压器三相负荷不平衡还会增加变压器的损耗值。在总供电负荷不变的情况下，变压器线圈的电阻损耗随三相负荷不平衡率（（三相负荷不平衡率=最大相负荷-最小相负荷）/三相平均负荷）呈非线性变化，设三相负荷分别为IA、IB、IC，总供电负荷为IZ=IA+IB+IC,线圈电阻损耗Pr=（IA2+ IB2+ IC2）*R，式中，R为线圈电阻，R在三相负荷不平衡率改变时变化不太，可看为定值，那么，线圈电阻损耗Pr∝（IA2+ IB2+ IC2），通过数学计算，我们发现，三相负荷不平衡率越大，线圈电阻损耗Pr越大。当三相负荷不平衡率为0时（即三相负荷均为IZ/3时），负荷损耗Pr最小，为Pr=IZ2*R/3，当三相负荷不平衡率为300%时（即其中一相负荷为IZ，其余两相为0时），负荷损耗Pr最大，为Pr=IZ2*R，最大者为最小者的3倍。负荷三相不平衡还会造成变压器内部磁路发生不平衡,从而形成大量的漏磁通,且在流经铜线、变压器铁心夹件等部件,就会发生发热现象,增大变压器内部杂散损耗。配电变压器处于三相负荷不平衡运行工况条件下,不仅会增加自身能耗,同时还会增加一次高压侧线路损耗,据大量实际运行经验表明,配电变压器处于最大不平衡运行工况时,其高压线路的电能损耗会增加12.5%。因此,在10kV配电变压器运行工况设计、施工、以及后期运行维护过程中,应该对电力负荷进行充分统计分析,设计出高效经济合理的供配电系统布线方案,并采取先进的技术手段措施,保持变压器运行时其三相负荷长期处于近似平衡工况;变压器选择应尽量选在负荷中心位置。在后期运行维护过程中通过监控系统实时监测供配电系统电压水平,并对不合理运行工况进行及时调整;对于10kV配电网系统中的大容量单相电气设备,应设专用单相变压器,并直接接在供配电系统的高压网络上;同时采取相应无功补偿及消谐装置,提高供配电系统功率因素,保证10kV供配电系统安全稳定、节能经济的高下运行。因此,通过调整配台区的三相负荷使变压器基本处于平衡运行工况,是降低配电变压器运行损耗一个重要技术手段。
结语:0kV配电变压器的节能降耗技术措施较多,除了上述几种技术手段外,变压器运行温度等也是影响配电变压器节能经济运行的一个因素,因此,在配电网实际运行维护过程中,必须结合配电变压器的实际运行情况,采取合理有效的技术措施保证配电变压器长期运行在最优工况,有效降低配电变压器运行综合能耗,实现配电变压器节能降耗经济调度运行目标。
参考文献:
[1]陈小莹；10kV配电变压器节能降耗技术研究；科技与企业；2014年16期；
[2]陈飞；10kV配电变压器节能降耗技术分析；中国高新技术企业；2015年26期；
[3]马生胜；浅谈10kV配电变压器节能降耗技术措施；中国新技术新产品；2016年06期.
论文作者:叶杰良
论文发表刊物:《电力设备》2016年第9期
论文发表时间:2016/6/30
标签：变压器论文; 负荷论文; 节能降耗论文; 铁心论文; 过电压论文; 工况论文; 系统论文; 《电力设备》2016年第9期论文;