配电变压器节能降耗措施的探讨

配电变压器节能降耗措施的探讨 赵彦顺 国电靖远发电公司 甘肃白银市平川区电力路 730919 摘要 随着我国经济的快速发展 用电量逐年增加 作为电力系统实现电能输送与分配的重要设备之一 变压 器的用量也势必不断增长 降低变压器损耗是降低电网线 损的关键 变压器的节能措施涵盖在变压器生产 使用 运行等各个方面 本文首先分析了变压器运行的损耗及制 造中的降耗措施 然后从配变损耗增大原因及在变压器的 选型 配置 运行方式 无功补偿和管理等7各方面个方 面探讨了变压器的节能降耗措施 关键词 配电网 变压器 节能降耗 1 引言 变压器是电网中运用最普遍的设备之一 它 贯穿于电力系统的发 输 变 配 用各个环节 一般说来 从发电到用电需要经过 3 5 次的电压 变换过程 其中变压器必然产生有功和无功损耗 其电能总损耗约占发电量的 10 尤其在配电网 中 增加配变布点的要求使得配电变压器的数量和 总容量非常庞大 在配电网线损中配电变压器损 耗占了 60 以上 在整个电力系统中 变压器中 占了相当比例 因此 提高配变的运行效率 降低 配网损耗具有极为重大的意义 2 变压器的损耗分析及在制造工艺上应采 取的措施 变压器运行时从电网吸收功率 其中很小一部 分消耗在原绕组的电阻和铁心上 其余部分通过 电磁感应传给副绕组 副绕组获得的电磁功率又 有很小一部分消耗在副绕组的电阻上 其余的传 给负载 其中消耗在电阻上的叫铜耗 消耗在铁 心上的叫 变压器的损耗就包括铁损和铜损 铁 耗与铁芯的材质有关 与负荷大小无关 其值基本 上是固定的 铜耗与变压器的负载密切相关 近似 与负荷电流的平方成正比 2 1 降低空载损耗 改进铁心结构 空载损耗虽然只占变压器总损耗的 20 30 但它不是随负载变化而变化的损耗 对于年最大负载利用小时较低的中小型变压器来 说 降低空载损耗的意义更为重大 变压器空载 损耗为 Po KcPcGc 要降低空载损耗 就必须降 低铁心质量 Gc 单位损耗 Pc 工艺系数 Kc 改进措施 1 采用优良的硅钢片 硅钢片越好 则单 位损耗 Pc 越小 2 改进贴心结构和工艺 降低工艺系数 Kc 当硅钢片一定时 单位损耗一定 而降低铁 心质量时 磁通密度增大 单位损耗成二次方的 增大 空载损耗反而上升 所以只能降低工艺系 数 Kc 2 2 降低负载损耗 改进绝缘结 负载损耗占总损耗的 70 80 数值很大 变压器的负载损耗近似为绕组的电阻损耗 表示 为 Pk KmPk Km GmGm 即负载损耗与铁芯损耗于导 线质量 KmKm 电流密度 电导率 GmGm 有关 降低措施 1 降低电导率 Km 采用电导率高的铜线 2 降低导线重量时 电流密度成二次方增 大 负载损耗反而上升 降低电流密度 可以降 低负载损耗 但导线重量增大 浪费了材料 3 从减少匝数出发 可以降低负载损耗 但增大了铁心质量 因此 直接改变变压器导电体数据来降低负 载损耗是有困难的 除了适当降低电流密度外 只有从改善绝缘结构 缩小绝缘的体积 提高绕 组填充系数着手 来减少绕组尺寸 以减少负载 漏损耗 2 3 降低其他损耗 改进其他结构 设计中应将绕组安匝调整得很平衡 控制了 绕组的漏磁通 这就降低了邮箱等结构件中的杂 散损耗 在变压器油油箱上还采用波纹油箱代替 管式散热器 从而体改了散热效率 铁轭绝缘采 用整体绝缘 绕组出头和外表加强绑扎 对绕组 绕制尺寸加以严格规定 这些都有助于提高绕组 的机械强度 3 造成变压器损耗增大的外部原因 3 1 温度过高 电力变压器的温升每超过 8 寿命将减少 一半 如果它的运行温度超过变压器绕组绝缘允 许的范围 绝缘迅速老化 甚至使绕组击穿 烧 毁变压器 所以要降低电力变压器运行温度实现 节能 3 2 三相电流不平衡 负序电流最大不能超过正序电流的 5 如 果变压器绕组为 YO 接线 在中线流过的电流不 应超过变压器的额定电流的 25 否则损耗将加 大 3 3 高次谐波 在电力系统中各种高次谐波会造成电能损耗 对于电力变压器要减少或消除供电系统的高次谐 波 3 4 负载率太低或太高低 当负载太小时 变压器无功损耗加大 功率 因数变差 当变压器过负荷运行时 会造成变压 器过热 且有功损耗加大 一般情况下 电力变 压器运行的负载在 60 70 Se 时处于理想状态 此时变压器损耗较小 运行费用较低 3 5 安装地点不够合理 供电半径较大 按照运行规程及设计规程要求 配电变压器 应设置在负荷中心 供电半径不大于 500m 但实 际运行中 有部分变压器供电半径接近或超过了 500m 特别一些供水企业 一些水泵的供电线路 最远的达到了 1O00m 以上 造成末端电压过低 设备启动困难 4 建设性措施 4 1 合理选择变压器型号 加快高能耗变压器更 新改造 我国S7 系列变压器是20世纪80 年代后推出 的 其空载损耗和短路损耗均较高 目前推广应 用的是S11 系列变压器及非晶合金变压器 新一 代干式变压器等低损耗变压器 目前全国在网运 行的1980年以前生产的老式配电变压器仍有2 5 kVA 与S9 系列变压器相比 它们的损耗高出 40 全年多损耗电能近100 亿kW h 从环保方 面看 相当于7000多万桶原油产生的能量 每年 向大气排放大量二氧化硫和二氧化碳 此外 由 于这批变压器使用时间大都已超过20 年 绝缘层 老化 维修不方便 事故隐患不断 因此 更换 高损耗配变带来的节能效益是非常可观的 且有 利于增强配网运行的可靠性 4 2 合理选择变压器容量及安装地点 一般电力变压器的空载损耗和负载损耗之比 大约在1 4 1 3之间 因此 当变压器负载率在 50 70 时 变压器的运行效率最高 故应根据 配变所供负荷的特点 计算负荷变化的范围 在 同时考虑技术和经济两因素的前提下 合理地配 置变压器的容量及台数 这样既可减少基本电费 提高运行效率 又能降低变压器损耗 随着变压器制造技术的不断提高 其空载损 耗和负载损耗都有大幅下降 但是 在变压器的 发展过程中 空载损耗的下降速度远远超过负载 损耗的下降速度 这是在磁性材料的制造技术方 面进展较快的结果 随之而来的一个变化是 变 压器的经济运行容量明显下降 以非晶合金变压 器为例 其经济运行容量下降到了20 30 且 随着变压器容量的增大 节能效率也逐步提高 因此 在工程选型时非晶合金变压器的容量宜大 些 对于季节性负荷较强的地区 如果配变处于 轻载的时间较长 其空载损耗将成为电能损耗的 主要部分 因此 在这类地区宜采用非晶合金变 压器 4 3 正确选择变压器安装位置 变压器应尽量安装在负荷中心 或最大负荷 点 依照 中国南方电网城市配电网技术导则 宜将供电半径控制在以下范围 A类供电区为 150m B类供电区为250m C类供电区为400m 以 确保末端电压达到规程要求 且配电布线宜呈网 状结构 应尽量避免采用链状或树状结构 在工 厂中 应将变压器室及低压配电中心就近设置在 最大的动力设备附近 4 4 做好交接试验 把好入网关 由于近几年材料价格上涨以及变压器生产厂 商技术水平 生产工艺参差不齐 生产出来的新 变压器性能参数不一定达到技术条件 主要表现 为变压器空载损耗较大 该部分变压器的入网 必定增加损耗 供电部门在投运前一定要对变压 器的参数进行全面检测 4 5 合理调整变压器运行方式 4 5 1 合理调整变压器电压 变压器的空载损耗和运行电压的平方成正比 负载损耗和运行电压的平方成反比 变压器在额 定电压下运行 以其产生的损耗为基准 通过调 整变压器分接开关 使其运行电压在 1 07U 0 95U 范围内 运行实践表明 当变压 器处于轻载或空载运行 运行电压必然要升高 此时空载损耗占主导地位 因此必须通过调整分 接开关 降低输入电压 这不仅可保证供电电压 质量 而且还有利于降低空载损耗 反之 在供 电高峰期变压器处于满载运行 其运行电压必然 下降 此时负载损耗占主导地位 4 5 2 调整三相负荷平衡 建立负荷不平衡运行 管理 不平衡电流的存在 不仅增加了变压器损耗 也增加了低压线路损耗 所以应建立不平衡度考 核制度 高度重视不平衡度调整工作 应定期测 量变压器三相负荷 及时调整负荷接入方式 力 求变压器三相电流平衡 4 5 3 优化变压器运行 由于变压器并联运行有很多优点 所以大型 企业一般都有多台变压器同时运行 在运行中根 据实际负荷大小安排变压器台数 合理分配负荷 将有效地降低企业的电能损耗和运行成本 对于 低压侧存在联络关系的系统 只需通过操作低压 开关即可实现运行方式的转换 相比之下 单纯 新增或更换变压器不仅工作量大 而且经济性不 高 甚至在较多情况下效果还不如低压侧联络的 方式 在低压配变之间距离较近时 可在规划配 变时增加低压侧联络线路 在同时考虑供电可靠 性和经济性的情况下 选择合理线径的低压联络 线 这种方式尤其适用于住宅小区供电 4 6 采用无功补偿提高功率因数 配电变压器的效率不仅随着输送有功功率的 变化而变化 还随着负荷功率因数的变化而变化 通常功率因数低时 变压器效率相应地也降低 对于变压器进行无功补偿 提高其功率因数 可 以大大减少无功功率在变压器上的传输 从而减 少变压器上的损耗 这种方法节效果显著 通常 会在功率因数较低时采用 此外 无功功率补偿 还可降低高压电网的线损 提高变压器的负载能 力 并改善用户的电压质量 4 7 加强配变的管理 在经济发达的城市 一个区供电局的配变规 模可达数千台 这些配变的型号 容量和运行状 态各不相同 在实际工作中应加强如下几个方面 的管理 1 开展配变资产清查工作 清理高能耗和 运行时间长的残旧配变 并及时进行更换 2 加强配变运行数据的管理 掌握配变负 载率的发展趋势 整理出过载配变和即将过载的 配变 制定相应的方案并做好设计 及时在配网 规划中立项实施改造 3 对于为解决重 过载而新增的配变 应 合理设置其布点 在缓解配变重 过载的同时减 小低压供电半径 5 我国节能配电变压器发展概述 5 1 S7 型变压器的出现 变压器产品的创新开发以达到节能降耗的目 的成为变压器行业发展的一个必然的趋势 八十 年代 我国推广了第一代节能产品 S7 型变压器 5 2 S9 型变压器的出现 由于变压器制造技术的不断进步 新技术 新材料 新工艺的采用 沈阳变压器研究所于 94 年首先推出了 10kV 级新 S9 型变压器 节能效果 显著 迅速得到行业内各厂家以及用 S9 系列 1998 年标准 被称为我国第二代低损耗节能变 压器 S9 与 S7 型产品相比 空载损耗平均下降 10 25 空载电流下 37 7 负载损耗平均降低 22 4 且结构合理外型美观 5 3 S11型变压器的出现 2002 年 沈阳变压器研究所进行了 S11 系列 变压器设计 S11 是既 S9 的改进产品 它的主要 优点 一是 S11 型卷铁芯变压器的空载损耗比同 容量的 S9 降低了 25 30 二是机械强度高 安匝分布平衡 产品的抗短路能力好 三是是变压 器取消了储油柜 该系列产品外形美观 体积小 是理想的免维护优质产品 电力部门于 98 年 3 月 12 日的发文 要求淘汰 S7 型变压器 改善 S9 型 推广 S11 型变压器 5 4 非晶合金变压器 随着科技发展 各种新型变压器不断涌现 变 压器铁芯材料不断更新 非晶合金以及其它新合 金材料得到广泛使用 非非晶合金带材具有同向 的软磁材料 损耗低 约为硅钢片的20 30 电阻率高 约为硅钢片的3倍 后继工艺处理方 便 制造工艺环保的优点 但也有厚度薄 硬度 大 退货后材料易碎等缺点 在2001年的11月上 海工业博览会上首次出现了630KVA非晶合金铁 心的干式变压器 非晶合金铁心变压器分为非晶 合金三相配变变压器 非晶合金组合式变压器 非晶合金单相配变变压器 非晶合金地下室配变 变压器 非晶合金地下室路灯变压器 非晶合金 干式变压器 5 5 干式变压器的发展 上个世纪五 六十年代在中国出现了B级绝缘 的国外叫做 OVDT 的敞开 通风冷却干式变压 器 70年代 上海和北京变压器厂相继开发出厚 绝缘带石英粉填料的在真空状态浇注的环氧树脂 包封干式变压器 但厚绝缘难以解决开裂问题 也发生了一些事故 正在人们对环氧树脂干式变压器技术产生怀 疑时 顺德变压器厂成功地从德国引进不带石英 填料的纯环氧树脂薄绝缘 1 3mm 技术 它的 出现 使我国的干式变压器的技术得到迅速发展 在本世纪初 上海GE公司采用美国技术研究 开发出H级绝缘的带填料的薄绝缘环氧树脂真空 浇注干式变压器 这种变压器具有体积小 质量 轻 防火防潮的优点 在20世纪70年代后期 上海ABB公司制造了 无模成型的 雷神 型缠绕玻璃纤维丝加