變壓器是配電網(wǎng)中不同電壓等級電能間相互轉換的主要設備，在電能生產(chǎn)、輸送、調度分配等過(guò)程中起到非常重要的作用。變壓器在電力系統中的使用數量極其廣泛，從發(fā)電、輸電、配電及用電各環(huán)節構成的電力系統來(lái)看，電能從發(fā)電廠(chǎng)輸出到用戶(hù)使用一般需要3～5次的變壓過(guò)程。根據國內外的統計數字，運行變壓器的容量通常是發(fā)電容量的4～7倍，是運行電機容量的5～8倍，這就決定了變壓器必須是一個(gè)高效能的設備。盡管如此，但因其數量多，容量大，所以在廣義電力系統運行中，變壓器總的電能損耗約占發(fā)電量的10%。這對全國而言，意味著(zhù)全年變壓器總的電能損耗為1000多億kWh，這相當于一個(gè)較大電力系統的發(fā)電量。變壓器損耗約占電力系統線(xiàn)損的50%，在農電系統中變壓器損耗占農電網(wǎng)中損耗的60%～70%。因此，開(kāi)展配電變壓器經(jīng)濟運行，降低變壓器損耗，是實(shí)現電力系統經(jīng)濟運行的重要環(huán)節，是節約電能的重要手段。

1.現狀研究

1.1變壓器的研究與應用

變壓器在電力系統中的使用數量極其廣泛，并且其造成的電能損耗約占發(fā)電量的10%，因此，開(kāi)展變壓器經(jīng)濟運行，采用新型節能型變壓器，降低變壓器損耗，是實(shí)現電力系統經(jīng)濟運行的重要環(huán)節和節約電能的重要手段之一。為了降低變壓器損耗，提高變壓器的運行可靠性，各國都深入研究變壓器的電磁原理，利用變壓器容量與損耗之間的關(guān)系，變壓器與運行成本之間的關(guān)系，試圖推導出特種變壓器的基本電磁關(guān)系。在國外，日本、美國、德國、瑞士等國家相繼采用IEC76標準對變壓器進(jìn)行細分。挪威電力研究中心O.W.Andersen利用有限元法開(kāi)發(fā)的變壓器漏磁場(chǎng)分析軟件，能夠準確計算短路阻抗、渦流損耗和短路機械力。美國非晶合金在配電變壓器中的應用情況，美國是世界上最早開(kāi)發(fā)非晶合金材料和非晶變壓器的國家，據不完全統計，到2000年美國非晶合金配電變壓器已占配電變壓器總數的20%左右。非晶合金配電變壓器在美國具有美好的情景，美國能源部(DOE)宣布，油浸式、中壓干式以及低壓干式配電變壓器協(xié)商規則制定工作小組在2011年10月12日至14日召開(kāi)公開(kāi)會(huì )議，將根據《能源政策節約法案》，討論并制定配電變壓器的節能標準。

1.2我國變壓器發(fā)展階段

我國變壓器的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，國家在節能方面的重視從未發(fā)生過(guò)改變。20世紀80年代中期，我國政府強制性地采用S7系列低損耗配電變壓器在全國范圍內淘汰正在電網(wǎng)運行的JB1300?73和JB500?64標準的高能耗變壓器。從1998年開(kāi)始，我國政府又不惜代價(jià)地在全國推行兩網(wǎng)改造，用S9系列配電變壓器取代S7系列。與S9一樣，作為第七代節能產(chǎn)品的還有非晶合金變壓器、卷鐵芯變壓切、全密封變壓器等。但這先后兩次全國大規模的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品僅比老產(chǎn)品降低空載損耗8%～15%。目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現了比S9系列更節能的產(chǎn)品，如S10，S11系列等。同時(shí)，國內在節能型變壓器相關(guān)方面也取得了不少有價(jià)值的理論和實(shí)驗成果。相關(guān)文獻對配電變壓器無(wú)功功率的節能做了探討，并進(jìn)行可行性分析，提出從提高負載功率因數降低變壓器無(wú)功功率消耗節能是一種不增加投資或少量投資而受益顯著(zhù)的有效方法，并通過(guò)分析了變壓器運行效率曲線(xiàn)，探討了變壓器的高效經(jīng)濟運行負載區最佳運行方式，并指出擇優(yōu)選取最佳運行方式和按變壓器經(jīng)濟運行條件來(lái)調整負載，在供電量相同時(shí)，能降低變壓器損耗，同時(shí)以變壓器綜合功率損耗最小，對變壓器的經(jīng)濟運行進(jìn)行了優(yōu)化，對配電變壓器的經(jīng)濟運行區間和最佳運行區間進(jìn)行了分析，以及對多臺配電變壓器并列運行時(shí)，負載的經(jīng)濟分配進(jìn)行了分析等研究成果。這些主要技術(shù)措施，從而有效地提高配電變壓器綜合利用效率水平。

2.節能關(guān)鍵技術(shù)

2.1變壓器材料

節能型變壓器對損耗的降低主要是通過(guò)導磁材料(硅鋼片)和導電材料(無(wú)氧銅導線(xiàn)或銅箔)技術(shù)的發(fā)展而實(shí)現的。近年來(lái)主要是薄硅鋼片的改進(jìn)與發(fā)展。另外非晶材料的發(fā)展也促進(jìn)了變壓器的發(fā)展。自20世紀80年代非晶合金鐵心商業(yè)化以來(lái)，已經(jīng)有幾十萬(wàn)臺非晶合金配電變壓器在世界各地應用。非晶合金配電變壓器的鐵芯是由厚度為普通硅鋼片[110]的非晶合金材料制成，這種非晶合金材料具有高磁導率、低矯頑力、高電阻率、低鐵損的特點(diǎn)。因此，非晶合金配電變壓器比硅鋼片配電變壓器空負荷損耗將降低70%～80%、空載電流可下降80%左右，在節電降耗方面具有絕對的優(yōu)勢，但是這種依靠改進(jìn)材質(zhì)來(lái)降低變壓器損耗的方式受到科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度的制約，而且價(jià)格偏高導致市場(chǎng)推廣度不高。

相比而言，非晶合金鐵心變壓器具有無(wú)噪音，低損耗的特點(diǎn)，其空載損耗為普通產(chǎn)品的20%，且非晶變壓器還有其他優(yōu)勢：實(shí)現完全密封、不需維護、運行費用相對較低?，F階段，S11節能變壓器系列是在市面廣泛推廣的節能變壓器，與上一代S9系列產(chǎn)品比較參數可得，S11空載損耗比S9系列低75%左右，負載損耗則與S9系列基本相同。

2.2變壓器節能運行

從大量實(shí)際運行經(jīng)驗來(lái)看，當配電變壓器運行過(guò)電壓水平達到5%時(shí)，其內部鐵損將會(huì )增加15%，而當變壓器過(guò)電壓水平達到10%運行時(shí)，其內部鐵損則會(huì )增加高達50%以上，且變壓器空載電流也會(huì )大幅度提升，從而增加配電網(wǎng)的無(wú)功損耗總量。所以，配電變壓器在實(shí)際運行過(guò)程中，通過(guò)相應設備控制避免其出現過(guò)電壓運行工況，一方面可以延長(cháng)變壓器使用壽命，另一方面可以降低變壓器內部鐵損和激磁損耗，保證其高效穩定運行。自動(dòng)調壓器是一種可以自動(dòng)跟蹤配電網(wǎng)輸入電壓變化(主要由負載波動(dòng)引起)，而保證電壓恒定輸出的三相自耦變壓器，它可以在配電網(wǎng)處于20%波動(dòng)范圍內，對輸入電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調節。

正常情況下，如果客戶(hù)提供單一的設備容量也不算大，選擇一個(gè)以上的變壓器，可經(jīng)濟運行，并能提高供電可靠性。當變電站配有兩個(gè)或兩個(gè)以上的變壓器，變電站的負載的變化導致變電站通常需要進(jìn)行投入或切除的變壓器的操作。滿(mǎn)足負荷的電力變壓器，應考慮經(jīng)濟運行，所謂的變壓器經(jīng)濟運行，即是變壓器的功率損失最小的操作模式，其功率損耗最低，運營(yíng)成本最低。在可滿(mǎn)足負荷要求的情況下，可要求暫停使用一個(gè)變壓器，用以減少維持變壓器運行的費用。

當變電站有兩臺以上不同類(lèi)型不同容量的變壓器，同理可作出在各種運行曲線(xiàn)下變壓器的有功損耗，并根據在不同負載的有功功率損耗最低的原則，確定經(jīng)濟運行變壓器的方式。

配電變壓器三相負荷不平衡也是其產(chǎn)生巨大能耗的主要原因，當配電變壓器處于三相平衡負荷運行工況條件下，其負載損耗最小;而當變壓器處于三相負荷不平衡運行工況下，其總能耗為三相損耗的總和，尤其當變壓器運行在最大三相不平衡狀態(tài)下，其系統損耗就是平衡負荷時(shí)損耗的3倍。配電變壓器處于三相負荷不平衡運行工況條件下，不僅會(huì )增加自身能耗，同時(shí)還會(huì )增加一次高壓側線(xiàn)路損耗，據大量實(shí)際運行經(jīng)驗表明，配電變壓器處于最大不平衡運行工況時(shí)，其高壓線(xiàn)路的電能損耗會(huì )增加12.5%。

3.結語(yǔ)

開(kāi)展分析配電變壓器各種損耗的產(chǎn)生機理以及降低損耗的方法，對基于實(shí)時(shí)數據庫的配電網(wǎng)數據進(jìn)行挖掘，采用信息融合方法分析出系統的經(jīng)濟運行區間和最佳運行區間，來(lái)優(yōu)化控制無(wú)觸點(diǎn)自動(dòng)調壓器和三相負載平衡，這將有助于配電變壓器節能降耗技術(shù)，推進(jìn)節能型變壓器實(shí)用化進(jìn)程，在理論和實(shí)踐中均有重要的研究?jì)r(jià)值。

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