摘要：从改革开放到现在，我国的电力产业一直处于平稳的发展中，而在电力系统的运行中电力变压器具有十分重要的作用。由于一次能源石油和煤炭资源使用量过大导致的资源短缺问题也越来越多，因此电力系统中采用节能型变压器的需求也越来越高。但节能电力变压器的容量越大，漏磁场就越强，损耗也就越大，损耗造成的局部过热问题也就越突出。因此如何解决这一问题就显得至关重要。本文就是围绕着电力变压器损耗的原因进行分析从而找到优化的方法。
关键词：电力变压器；损耗；优化方法
在日益严峻的能源问题上，在各行各业都在不断的寻找新的节能措施，变压器行业也不例外，国内外的变压器制造厂都在从结构、工艺、材料等上采取措施，进行优化和降低变压器的损耗。
一、电力变压器的损耗
变压器损耗包括空载损耗(铁损)、负载损耗(铜损)等。
（一）空载损耗
空载损耗是指当用额定电压施加于变压器的一个绕组上，而其余的绕组均为开路时，变压器所吸收的有功功率。变压器的空载损耗与负载无关，与铁心材质有关，故又称铁损，由磁滞损耗和涡流损耗组成。
1、磁滞损耗是铁磁材料在反复交变磁化过程中由于磁滞现象所产生的损耗，与硅钢片材料特性有关。
2、涡流损耗是由于铁芯本身为金属导体，由于电磁感应所感生的电势在铁芯内产生的环流引起的损耗，涡流损耗与硅钢片材料特性、硅钢片厚度和铁磁材料总体积有关；所以空载损耗的大小主要由所用的硅钢片参数、铁芯的设计和制造工艺决定。
（二）负载损耗
负载损耗是指变压器在负载状态下, 一对绕组中的一个绕组的线路端子流经额定电流（或分接电流）,另一绕组短路，其他绕组(如果有)开路时, 在额定频率及参考温度下所吸取的有功功率。
负载耗损包括四个部分，分别是绕组电阻损耗、导线涡流损耗、并列导线间环流损耗以及漏磁在钢铁结构件中出现的杂散损耗。
1、电阻损耗是电流流经绕组导线产生的损耗，电阻损耗被称为基本损耗，在整体的负载损耗中占据比较大的部分。降低绕组直流电阻损耗的有效方法是增大导线截面积。但这样会使绕组体积增大，从而增加导线长度，造成制造成本的增加。
2、导线涡流损耗是指在各个导体内感生的电流导致的能量损耗值。当绕组处于漏磁场中时，导线中会产生涡流损耗。大型变压器中导线涡流损耗有时会达到直流电阻损耗的10%以上，纵向漏磁场在导线中产生的涡流损耗是该部分损耗的主要部分。当变压器阻抗电压增大时，纵向漏磁场增大，导致涡流损耗的增加。降低涡流损耗的途径可采用多根导线并联，使用组合导线或换位导线。
3、环流损耗是并列导线形成的回路电流产生的损耗值。变压器（尤其是大型变压器）由多根导线并列绕成，每根导线在漏磁场中占据的空间位置不同，它们各自产生的漏感电动势也不同，漏感电动势之差产生环流，并产生环流损耗。
当要求变压器阻抗电压大时，需要减小电抗高度，增加导线匝数，这些都会增加环流损耗。为抵偿该损耗的增大，就要采取适当的导线换位方式或增加导线截面积，以减少电阻损耗等。
4、杂散损耗是变压器在运行时，绕组或大电流引线的漏磁通，穿过钢夹件、钢压板、钢螺栓螺母及油箱等钢铁结构件，产生的损耗。在特大容量变压器中，杂散损耗有时可达负载损耗的30%～40%，必须引起足够重视。通常会在漏磁通较大的部位，采用磁屏蔽或电磁屏蔽等措施，来减少钢铁结构件中的杂散损耗。考虑到漏磁通路径的复杂性，精确计算较为困难，所以，杂散损耗只能用近似方法进行计算。
二、具体的降损措施
（一）降低空载损耗的方法
空载损耗是变压器的重要参数，占变压器总损耗的20%～30%，要降低空载损耗，必须要降低铁心总量、单位损耗和工艺系数。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆降低空载损耗的主要方法如下：
1、采用高导磁硅钢片和非晶合金片。随着硅钢片制造技术的进步，使得单位重量铁芯的损耗正在不断降低，高导磁硅钢片损耗与普通硅钢片相比大大降低，而非晶态合金材料则具有更好的磁化和退磁性能，其涡流损耗部分比一般高导磁硅钢片更小。通过对变压器磁体材料进行优化和改进，取代传统的硅钢片磁体制造铁芯。可大幅降低变压器的滞环损耗、空载损耗和无功损耗，提高变压器运行的经济效益。
2、改进铁芯制造工艺，采用基于计算机的现代化数控加工技术对硅钢片进行了加工，实现对铁芯厚度和界面形状的精确控制；在铁芯制作过程中铁心端面涂固化漆，相间铁轭用高强度扎带绑扎；心柱两侧连接上下夹件的拉板用非磁性钢板；采用强压工装使铁心两轭成为一个坚固、平整、垂直精度高的整体等措施，都能实现变压器空载损耗的降低。
（二）降低负载损耗的方法
负载损耗占总损耗70%～80%，降低负载损耗的主要有如下几种方法：
1、采用新型导线
变压器采用无氧铜制成的低损低阻导线，可以降低线圈的电阻，进而降低变压器的负载损耗。目前使用高温超导配电变压器采用超导材料导体代替传统的铜芯导体，不仅降低了变压器的负载损耗，而且间接地提高了变压器抵抗短路电流的能力，但由于技术及经济原因限制，目前还未推广。
2、布置新结构
新型线圈布置方式是根据漏磁的方向，合理选用纵向或横向导线布置形式，按磁场计算及安匝平衡计算进行安匝调整，选定适宜的换位方法，控制导线涡流损耗，将导线涡流损耗降到最小，进而减小变压器的运行损耗；新型绕组结构可提高填充系数，有效地降低绕组体积，采用换位导线，在线圈绕制过程中不需要进行换位，减少因各导线在漏磁场中位置不同而造成的循环电流，从而减小循环电流引起的附加损耗。随着导线制造水平的提高，采用换位导线成了降低变压器损耗的一种常规手段。
3、减少结构件的杂散损耗
对于大容量变压器，杂散损耗有时可达到负载损耗的30%-40%，所以减少杂散损耗具有实际意义。通常采用的方法是在漏磁较大的部位增加磁屏蔽，增加磁屏蔽不仅能减少结构件的杂散损耗，还能减少横向的漏磁分量，使得线圈导线中的涡流损耗减小，可谓一举两得。
（三）利用软件技术优化产品性能
变压器是由铁心和绕组等组成的复杂静止感应电器，在性能参数选择的优化问题中需考虑较多的非线性和离散关系。随着对变压器理论研究的深入和各种专业软件的发展，传统的经验公式带来的误差明显放大，通过分析软件解决变压器损耗问题已成为一种必然趋势。通过分析软件展示的图形分布，可以对屏蔽位置进行校正和处理，同时结合优质原材料、先进工艺设备和试验技术，使得产品可靠性切实提高，达到高短路强度、低损耗、低局放、低温升、低噪音的目标。
结论：本文简要分析了电力变压器的空载损耗和负载损耗产生的原因，并对如何降低电力变压器空载损耗和负载损耗提出了处理方法。从生产厂商的角度看，选择合理的降损方案，可以提高变压器的性能参数，提高变压器生产厂家的市场竞争力。从用户角度看，电力变压器作为保证电网正常运行的重要设备，其损耗的大小对整个电网的运行成本的控制起着重要的作用，降低变压器的损耗不仅可以减少在使用过程中自身的经济支出，提高电力企业经济效益，而且还能为国家的节能减排做出贡献。
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[6]尹克宁.变压器设计原理.中国电力出版社.
论文作者:张辉
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/12
标签：导线论文; 变压器论文; 绕组论文; 涡流论文; 负载论文; 硅钢片论文; 电力变压器论文; 《电力设备》2018年第27期论文;