变压器应用与现场常见故障的分析处理（讲座）

1、变压器应用与现场常见故障的分析处理（讲座）咸日常第一部分：变压器选用第一章：变压器的发展趋势与应用情况介绍一 我国配电变压器使用的基本情况本文重点从节能应用的角度，重点介绍配电变压器的发展趋势和应用情况。特别介绍应用注意事项。我国配电变压器通常是指电压为35kV和10kV及以下、容量为6300kVA以下直接向终端用户供电的电力变压器。全国年发电量14780亿KVA，电网运行的配电变压器总电能损耗约为411亿kWh，约占2000年总发电量的3.16%。尽管配电变压器已是高效率的设备（95-99%），但由于其数量巨大和空载损耗的固定性，变压器效率即便有微小的改进也能获得相当大的能源节约，据了解，配

2、电变压器的损耗约占总线损的1/3，如按目前我国配电变压器的损耗每年达到400亿千瓦时计算，采用高效变压器取代旧变压器后，节能潜力可高达90亿-300亿千瓦时，节约电费50150亿元。因此配电变压器本身存在着巨大的节能潜力。 90年代后期，我国配电变压器行业发展速度较快，涌现了一大批新的产品和厂家。1997年以来，由于受到城乡电网改造工程的拉动，电力变压器行业保持了良好的发展势头。1999年全国电力变压器产量增长24.81%。2000年电力变压器产量增长15.88%, 配电变压器的数量比重增加：1999年配电变压器数量比重由1998年的34.72%上升到39.51%，增长5个百分点；2000年配

3、电变压器数量比重为36.89%。（10kV 6,300KVA及以下变压器产量为304,099台，容量为4177.8万KVA，35kV 6300KVA及以下变压器产量为7821台，容量为931.6万KVA）。城乡电网改造工程淘汰10KV的高耗能变压器1315万KVA，新选用的油浸式配电变压器设备，已经全部实现了由S7型向S9型等新系列节能变压器的转变。 随着市场经济的发展和科技的不断进步，一些新材料、新工艺的不断应用，新的低损耗配电变压器相继开发成功。 国内许多变压器制造厂商也投入了大量资金引进国外先进的制造技术及设备，不断研制开发低损耗变压器和各种结构形式的变压器，如油浸变压器已出现比新S9系

4、列更节能的S10、S11系列，新干式变压器的SC9系列以及非晶合金铁心等低损耗等产品都显示了我国配电变压器的节能潜力。 目前，国内统计在电网上运行的配电变压器中，服役年龄超过20年以上效率低的老旧变压器约占10%以上，估算容量约为2.4亿kVA,这些变压器是按照六、七十年代标准设计的产品，损耗非常高，如果花一定投资用S9及以上系列的变压器去替换老旧变压器，必定会获得很大经济效益。依不同容量的计算，购置 S9变压器去替换旧变压器，投资回报年一般只需23年（未计旧变压器回收费和拆装费条件）。就淄博地区在网上运行的配电变压器而言，同样有大量S7及以下系列的高耗能变压器仍在继续使用，高耗能配电变压器所

5、占比例高于全国平均水平，这主要于淄博地区老企业多有关系；特别是一些厂矿企业自用的变压器参数老化，缺陷多，损耗高，运行的可靠性差，运行维护的工作量大，使用中的可见成本和不可见成本非常高，改造的任务和节能的潜力非常巨大。二.配电变压器发展及现状配电变压器是将输电电压的电能降压后，向用户直接配送的主要设备，根据电磁原理进行设计制造。各电压等级的绕组分别与输电系统、用电设备相联，变压器的导磁系统作为电磁能量转换的部件，只要高压绕组与输电系统相联，不论低压绕组是否接有负载，在导磁系统中就始终有空载损耗与空载噪声产生，当低压绕组接有负载时，绕组中通过一、二次电流，两个绕组中就有负载损耗产生。对配电变压器而

6、言，负载噪声一般较小。从发展趋势来看，重点要降低空载损耗，降低空载噪声；发展全密封结构以满足免维修要求。对防火有要求的场所，还需发展干式变压器。我国配电变压器行业经过不断努力，在90年代以后较过去有了突破性的进展，变压器性能不仅是铁心硅钢片材质的改进，而且在容量结构和制造工艺都有所突破，因而在节能降耗、降低空载电流和降低噪音等方面都取得了较大进展。以下从导磁系统（铁心）、导电系统（绕组）、降低损耗和其他改进等四个方面介绍配电变压器的发展及趋势。1、导磁系统发展的历史回顾自1885年匈牙利的冈茨工厂，研制成功世界上第一台具有闭合磁路的单相变压器以来，变压器制造业已有117年的发展历史。第一台变压

7、器是采用一般碳素钢丝作为铁芯的导磁材料，将钢丝绕成卷铁芯结构，绕组绕在卷铁芯上。这种变压器虽可输送电能，但损耗较大，输电效率很低。由于受绝缘材料的影响，最早的配电变压器都是干式结构，其电压低，容量小。1903年世界上出现了热轧硅钢片，于是铁芯结构改为叠片式，当时的空载损耗虽比钢丝作为导磁材料时下降50以上，但绝对值还是很大的。我国是在20世纪40年代发展变压器生产事业的。当时是以板料热轧硅钢片作为铁芯的导磁材料，由于热轧硅钢片无方向性，故三相铁芯都是采用直接缝，叠片上有冲孔，铁芯柱与铁轭都用螺捍夹紧，铁芯拄较高时，在铁芯柱上有接缝。如此导磁材料的材质与铁芯结构，都决定了空载损耗与空载噪声都具有

8、较大的值。由于配电变压器都安装在电线杆的平台上，离居民区较远，故一般多采用油浸式配电变压器，在性能考核内容中也不考核空载噪声。1964年日本发明了高导磁晶粒取向冷轧硅钢片，1968年起，世界上已可以买到这种硅钢片的卷料，这就推动了导磁系统的结构改进，加工设备的现代化，使配电变压器的空载损耗降低、空载噪声降低。由纵剪生产线将1000mm宽的卷料剪裁成一定宽度的卷料，再由横剪生产线剪切成一定形状的叠片。由于冷轧硅钢片有方向性，故接缝改为45斜接缝。由于卷料可剪切成任意长度的叠片，故铁芯柱上不再有接缝。由于叠片定位方法的改进，芯柱与轭片内可不设孔，铁芯柱由玻璃粘带扎紧，铁轭由粘带制成的拉带拉紧，这就

9、使空载损耗得到大幅度的下降。在开发新型配电变压器中，导磁材料的作用十分重要，而这两方面我国都比较落后，多年来没有重大突破, 硅钢片几乎完全靠进口。 我国64、73标准的变压器大都采用热轧硅钢片作为铁芯的导磁材料，由于热轧硅钢片无方向性，故三相铁芯都是采用直接缝。80年代始，我国进口了这种硅钢片的卷料用于变压器的生产，由于冷轧硅钢片有方向性，铁芯柱上不再有接缝，叠片定位方法得到改进，芯柱与轭片内可不设孔，在此期间，国内生产的变压器大都是S7系列，空载损耗大幅度的降低。 20世纪90年代，世界上又研制成厚度仅为0.23mm的冷轧晶粒取向硅钢片，硅钢片如再经过激光照射或等离子处理，即可成为最低单位损

10、耗的硅钢片系列产品，50Hz及1.7T（特斯拉）下的单位损耗仅为0.9W/kg。铁芯结构上又出现阶梯45接缝的最新结构，使空载损耗与空载噪声又一次降低，使配电变压器向低损耗、低噪声方面发展又迈进了一步，空载损耗降低60。配电变压器也就由S7系列发展成为S9、S10等系列。1960年美国加利福尼亚工业大学发现了另一种有良好导磁性能的非晶合金，也称金属玻璃。1974年美国联信公司研制出铁基非晶合金，1978年美国GE公司测出6OHz及1.5T（特斯拉）下的单位损耗为0.44W/kg，较0.9W/kg又下降50%。1980年联信公司首次推出15kVA非晶铁芯配电变压器，以后，美国GE公司制成2500

11、kVA非晶铁芯配电变压器。空载损耗比用激光处理高导磁晶粒取向冷轧硅钢片又降低了70%。我国上海置信变压器有限公司引进美国GE技术，在1994年引进和研制成功第一批非晶铁芯配电变压器，有些厂也已具备批量生产非晶铁芯配电变压器的能力。 从以上发展历史的回顾中可知，导磁材料的发展，促进导磁材料加工设备的现代化，铁芯结构的改进，空载损耗与空载噪声的大幅度下降，使变压器可以安装在居民区附近，指标满足环保要求。2、作为导电系统绕组发展的历史回顾最早期生产的配电变压器都以电解铜作为导电系统的绕组材质，当然也有用铝导线做为绕组材料的。在热轧硅钢片的铁芯中，由于饱和磁密度低，绕组匝数就要多，所用的导线就长，回路

12、的电阻也就较大，只有这样才能保持较低磁密，所以，热轧硅钢片的铁芯配电变压器不但空载损耗高，负载损耗也高。冷轧硅钢片铁芯中，由于铁心的饱和磁密高，绕组匝数就可少，这样，冷轧硅钢片铁芯配电变压器的空载损耗相应可被降低，负载损耗也就下降。合理设计非晶铁芯配电变压器，如采用低压一高压一低压的双同心绕组排列，绕组采用箔绕，在降低空裁损耗的同时，也就可降低负载损耗。在我国配电变压器的发展历史中，也曾用过铝导线，虽可满足性能要求，但由于铝的导电率低，同容量的配电变压器使用的铝材也就多，负载损耗相应较大，体积大，重量高；所以国内用户不欢迎使用铝线变压器，目前制造厂已不生产铝线变压器。为了降低负载损耗，从材质上

13、，目前，国内已大量采用无氧铜导线；除扁导线、圆导线外，还采用铜箔。因为无氧铜的电阻率低，表面又光亮，故负载损耗可低。绕组结构发展中，注意散热性能的改进，尽量采用纵向散热油隙，同时绕组的紧固结构要保证短路电流产生的机械力的承受能力，即提高了变压器抗出口短路能力。在非晶铁芯变压器中，其结构又有所不同，其绕组不是支撑在非晶铁芯上，具有单独的绕组夹紧结构，加上绕组为双同心结构，使得短路机械作用力不大，而且短路机械力承受能力很高。在1994年到1999年的六年中，国内已有350多个配电变压器制造厂生产的低损耗、低噪声配电变压器顺利地通过了短路承受能力试验。这些配电变压器包括油浸式、环氧浇注绝缘式；有硅钢

14、片铁芯，也有非晶铁芯；有导线绕的绕组，也有铜箔绕的绕组。3、配电变压器损耗指标不断降低从以上分析可知，由于导电、导磁材料的发展，铁芯与绕组结构的改进，国内各时期生产的配电变压器损耗对比可见下表：10kV配电变压器（国产）历年损耗对比表 100kVA 1000kVA 年代铁芯材质 空载损耗W 负载损耗W 空载损耗W 负载损耗W1964硅钢片 730 2400 4900 15000 1973硅钢片 540 2100 3250 137001986硅钢片 320 2000 1800 116001995硅钢片 290 2000 1650 116001995非晶合金85 1500 450 10300为了巩

15、固低损耗配电变压器的生产经验，推广发展低损耗配电变压器，国家规定从1998年下半年起淘汰损耗较高的S7系列配电变压器，推广发展新S9型低损耗配电变压器。为了进一步节能，最近，国家经贸委又下文推广发展卷铁芯（铁芯截面为圆形）配电变压器（SC11），国家经贸委有关负责人指出：“十五”期间，推广高效变压器是开展节电工作的重要措施之一。“十五”期间，我国节电工作将以提高能源效率为核心。电能是最重要且最为昂贵的能源形式之一，节约用电是节能工作的重要内容”。变压器是国民经济各行业中广泛使用的电气设备，由于使用量大、运行时间长，存在着巨大的节电潜力。推广高效变压器是开展节电工作的重要措施之一。我国将研究出台

16、优惠政策，鼓励老旧高耗能变压器的替换和改造，制定和推动变压器能效标准和标识工作，淘汰低效率变压器的生产与销售，鼓励高效变压器的推广。用非晶合金材质时为长方形截面卷铁芯。从表中可知，非晶铁芯配电变压器具有最低的损耗。采用双同心绕组结构的非晶铁芯配电变压器不但损耗低，成本也低，节能潜力大，短路承受能力还高。4、其它结构的改进与发展趋势传统的配电变压器都用于中性点绝缘的10kV系统中，故绕组的联结组都选Yyn0，这样，在高压侧装开关时（包括无激磁调压分接开关与有载调压分接开关）都位于中点侧，这样，开关结构简单易于制造。随着非线性负载的增长，卷铁芯结构的选用，绕组的联结组也在向 Dyn11过渡。由于中

17、性点绝缘的10kV系统中，过电压倍数较高，国内还在发展中点经小电阻接地的10kV电缆配电系统，过电压倍数有所下降，短路电流靠小电阻限制。在10kV中点经小电阻接地时，绕组的联结组可采用Ynyn0。这是联结组的发展趋势。从整体结构上，最初是用管式散热装置，油箱上有储油柜，油箱中变压器油与外界空气是联通的，故变压器油要定期化验，有维护工作量。目前多数制造厂已过渡到采用膨胀式散热片，或波纹油箱结构，已取消储油柜，属全密封油箱结构。这样，变压器油不与外界空气接触，温度变化使油体积变化靠波纹胀缩补偿，或靠膨胀式散热器补偿，配电变压器可免维护。用户欢迎全密封结构的配电变压器，故包括非晶铁芯配电变压器在内，

18、都发展为全密封结构。过去配电变压器都安装在电线杆的平台上，离用户较远，故不考核噪声对环境的影响。目前，随着用电量的增加，配电变压器的安装地点更加接近居民区，噪声也成为考核的项目之一。故配电变压器除满足低损耗外，还要满足低噪声要求，故在配电变压器内都采取降噪声的结构与工艺措施。有人担心非晶铁芯能不能具有较低噪声。在相同磁密时，非晶的磁致伸缩是较硅钢片大，但非晶铁芯的工作磁密较低，在不同的工作磁密下，非晶铁芯噪声也不大，也可达到低噪声要求。传统的配电变压器是靠装在变压器外的开关、熔断丝保护，新发展的组合式变压器（即基座式变压器，或称美式箱式变压器）已将负荷开关、熔断丝装于油箱内。此变压器还可用于环

19、网供电系统中，低压侧还可分几路送电，并可装保护与计量装置。这样，低压配电线可更短，更加减少线路损耗。当我国城乡电网作电缆配电网改造时，箱变的结构是最理想的。另外，就目前由于非晶合金配电变压器的价格较高，推广使用的难度较大，将来，随着生产规模的扩大，引进生产技术的推广和产量的增加，价格下降已成定局，此类变压器也将有广泛的推广价值和节能潜力。三、近年来国内外节能配电变压器几种类型的基本情况1、卷铁心配电变压器（SC11型） 这种变压器早在60年代已为一些发达国家所采用，近年来也在我国逐渐推广（山东电力设备厂2年前开始生产）。卷铁心变压器有2个突出的优点：一是降低了变压器空载损耗。约1025%，依变

20、压器容量而变，降低空载电流，一般为叠片铁心的50%，二是变压器噪音水平显著降低，小型变压器可做到3742dB,减少对城镇噪音污染。淄博供电公司在变电站的站用电和部分地区已经使用，效果良好。其缺点是：对制造厂而言，铁心退火要求高，线圈绕制需要专用设备，需要考虑每个铁心框中含有的的三次谐波磁通；现场遇见铁心故障维修困难。2、 单相配电变压器(D10型) 美国等世界多数国家早已在居民低压配电的单相三线制系统中使用单相配电变压器，对降低低压配电损耗意义重大，这方面已有较多论著。单相变压器多为柱上式，便于安装并靠近负荷中心，通常为少维护的密封式。与同容量三相变压器相比，空载损耗和负载损耗都小，有效材料用

21、量也少，同等档次的产品价格低2030。我国在个别地方试改制后颇受用户欢迎。省内山东电力设备厂已引进生产，我公司准备在博山安装试用。缺点是不能提供三相小负荷的电源，大量使用要考虑负荷对称。3、 非晶合金配电变压器 自1979年美国联信公司发明非晶片至今，在全世界范围作为样品研制和少量生产使用，非晶合金配电变压器的空载损耗比硅钢片的下降7080%，但至今未全面推广使用的根本原因是价格较高。1998年上海置信公司引进了美国GE公司的非晶合金铁心变压器的制造技术，其生产的SH-M型非晶合金铁心密封式变压器额定容量在502,500kVA之间，空载损耗在34700W之间，负载损耗在87021,500W之间

22、，空载电流在1.50.5%之间，短路阻抗在44.5%之间。我公司在路灯供电上开始使用。缺点是：非晶合金的饱和磁密低，1.3T，铁心一般较冷扎硅钢片重30%，又由于组成单相或三相五柱式，铁心还要增大，相应的铜材多，体积较大；目前的价格比较高。4、干式配电变压器 由于结构简单、维护方便、防火阻燃、防尘等特点，被广泛应用在对安全运行有较高要求的场合。以前干式配电变压器用量较少，近年来发展很快，目前已占到配电变压器总量的35%，部分大城市已占到50%。一般干变分为两大类：环氧树脂干变和浸渍式干式变压器。（1） 环氧树脂干式变压器 我国的干变制造技术主要来自欧洲大陆，环氧树脂式占主导地位，国产干变技术指

23、标不断改善，原材料实现了国产化，成本和价格在不断降低，在国内取得了很大的发展。目前国内能生产最高电压35kV，最大容量20,000kVA的环氧树脂干式变压器。SC9型为干式新型节能变压器，损耗比老式产品大大降低，对比老SC8干式变压器，空载损耗平均降低87.52%，负载损耗平均降低10.27%, 对比S9油浸式空载损耗平均降低17.34%，负载损耗平均降低23.88%。另外变压器噪音水平也显著降低。我国和欧洲使用这一类型干式变压器较多。此结构已在我公司和一些企业大量使用。国内生产生产此类变压器的厂家已经很多，如潍坊沈潍、广东顺德、河南许继、济宁金乡等，济宁金乡是省内最早生产的厂家。缺点损害后可

24、修复性不强，局放对工艺的要求高。（2） 浸渍式干式变压器（或称做Nomex纸型） 是干式变压器应用最早的一种结构，发展为敞开式通风干式变压器，绕组层间、匝间绝缘采用聚脂纤维纸或聚芳胺合成纸（NOMEX纸）。这种结构的绕组经真空压力浸漆工艺处理后，有足够的承受短路能力。因为Nomex纸耐温等级为C级（220）是耐高温绝缘材料，具有阻燃、防潮及优良环保特性，允许长时间大负荷过载，运行可靠性较高。由于Nomex纸是美国杜邦公司的专利技术，所以在美国市场该类型产品占干式变压器的85%。H级干变也是在此基础上发展起来的；缺点是价格较高，国内尚未推广。5、 箱式变压器 又称高低压预制式变电站, 又分为美式

25、和欧式箱变，各有优缺点；大部分功能部件与变压器器身均浸入变压器箱内，由变压器制造厂生产。变电站靠近负荷中心，可降低线损，体积小、占地少，安装灵活，送电周期短，且对环境的适用性强，运行安全可靠，也属于节能配电变压器之列。我公司结合城网改造已经大量使用，部分用户也已开始选用，效果良好。缺点是其本身按一定的接线方式设计和制造，运行后改造和增容困难，二次配出较少，多回低压出线的不能满足要求。6、三角形高效节能变压器问世 最新发明的三角形卷铁芯高效节能变压器突破了传统三相变压器的平面排列模式，采用三只同形半圆截面卷铁芯框组合成三相变压器铁芯，使三相铁芯磁路完全均衡，而且缩短了铁轭，芯柱填充系统高，铁芯无

26、接缝，并通过采用创新的专利技术攻克了不同铁芯之间磁力线不能自由沟通的难关，大大降低了磁阻，使其成为激磁电流特小，谐波含量低，空载损耗低，体积小，运行噪音小的高效节能低损耗变压器。经国家权威检测机构鉴定，其主要技术性能指标均处于国内同类产品领先地位。该产品最大特点是空载电流和空载损耗比常规叠片式变压器大幅度下降。以容量为315kVA的变压器为例，空载电流下降92%，空载损耗下降46.8%，负载损耗下降7.5%，油箱体积减少1/4,重量减轻1/5；空载电流谐波减少80%，运行噪音降低13dB，是目前综合性能较好的高效节能变压器7、配电变压器其它常见的型式：从绝缘介质分有充油变压器，SF6气体变压器

27、，充硅油的变压器等，从结构上还有全密封变压器，箔绕变压器，地下配电变压器等等；不管它叫啥名称和是啥型号，我们选用的关键是看它的性能和指标，考虑所用的场所，因地制宜，满足使用要求；这就是通过我们探讨配电变压器的发展趋势所要得出的结论配电变压器发展与应用的结论。四、配电变压器发展与应用的结论配电变压器的发展趋势应是：1. 低损耗，尤其较低的空载损耗；突出节能的效果。2. 低噪声，尤其空载噪声要低；满足环保要求。3. 全密封，使变压器油不与外界空气接触，满足免维修要求；4. 保护装置装入油箱中，小型化；减少配电变压器尺寸，便于现场的安装。5. 能满足环网供电要求，低压侧能多路输出；6. 无外露带电部

28、分，使用安全。7.体积小，重量轻；运行可靠，维护改造方便。8.有优越的防火，抗震防灾性能，提高产品的适用范围。9.具备较强的过载能力，满足其他设备故障状态下的应急需要。10.进一步降低生产成本和销售价格，为更多的用户接受。根据以上分析， 采用非晶铁芯的组合式配电变压器是理想的发展方向，另外，目前适合国内需求的产品是节能的S9型及S11型配电变压器。对有防火要求的场所而言，可采用环氧树脂绕注的干式配电变压器。五、配电变压器使用中应注意的几个问题：有了以上结论，结合我们的工作经验，也就不难理解和得到配电变压器使用中的注意问题，在这里仅谈要求，不展开论证，以后可以专题讨论；：1、 在选择配电变压器时

29、，除充分考虑其性能外，容量的选择要恰当，要充分考虑负荷的大小，确保负荷利用率；容量选择太大，除购买的价格高，一次性投资大外，在运行过程中，固有的空载损耗也大。容量选择太小，除不能满足用电的要求外，负载损耗也往往偏高。2、 合理的确定采用的台数，这一般从安全性和经济性两个方面考虑；有大量一级负荷或虽为二级负荷但从保安角度需设置，在负荷波动大且间隔的时间长，可考虑选择一大一小的多台组合；供电可靠性要求高时应考虑备用变压器，当然这里还有场地等各个方面因素的影响。当动力和照明共用一台变压器，严重影响灯泡寿命或照明质量，应设专用照明变压器。3、 变压器经济运行，这是一个比较复杂的系统性题目，变压器在运行

30、中的空载损耗等于负载损耗时，变压器的效率最高，这在实际中很难达到；在变压器运行时要考虑经济运行曲线和最佳经济运行曲线，一般变压器的负载率在45%75%时效率较高，各个方面比较经济；但不同容量和类型的变压器也是不一样的，需要甄别对待，可参照胡景生教授变压器经济运行做出计算和判断。4、 注意配电变压器的无功补偿；既不能过补，也不能欠补，一般要求配电变压器的实际功率因数要达到90%以上，电容器的投入要考虑其自身引起的损耗。通过合理的补偿，企业可以获得相当的节电效益，应该引起大家的重视；一是通过补偿可以提高功率因数，二是降低线损三是提高运行电压，。分组补偿，集中补偿，就地补偿。5、 选择和使用变压器要

31、注意二次的输出电压，要充分考虑系统的电压情况，选择合适的变压比和分接开关的使用分头，满足客户对电压质量的要求。6、 加强配电变压器的运行维护，目前系统内采取配电设备无缺陷不检修的状态检修办法，但巡视检查的内容应该是科学的，如：不能过负荷长期运行，油位适中，温度指示正常，噪音合格等等，对此规程规定的的已经相当详细。7、 配电变压器使用中还有诸如：安全、文明生产、使用年限、投资效益回收，安装位置选择等多方面的问题，在此不再一一讨论。第二章：电力变压器容量及型式选择与降损节能1、引言：能源是国民经济发展的命脉，关系到国计民生；电力做为一种使用方便的优质洁净能源，应用于国民经济的各个领域，与人民生活和

32、工农业生产息息相关，是当今世界发展的核心能源；电力做为一种能源，有许多自身的特点，电能不能储存，生产、输送和使用同时完成；在发电、供电和用电的过程中，其自身的损耗巨大，约占总量的10%；根据统计2002年全国发电机装机容量3.53亿千瓦，发电量16540亿kWh，全国电力系统及配电网的线损率约为7.45%；预计2005年全社会用电量将达到2万亿kWh，可见，电力系统本身电网中能源消耗数量巨大；降低电力输配电系统线损对于节约能源，解决电力短缺，加速国民经济发展具有十分重要的意义。电力变压器做为电力系统和广大企业用户广泛应用的电气设备，联络电网，把供电网络的电压转换为用电设备或装置直接使用的电压，

33、在电力输送、分配和使用过程中发挥着核心关键作用；尽管电力变压器在能量转换过程中效率非常之高，现运行的电力变压器的效率一般都在99%以上，但由于它应用于国计民生的各个领域，遍布城乡各个角落，其数量多，容量巨大，本身又不是做功和能量消耗的主体，只是变化电能的参数，运行过程中的能量损耗也就非常客观。电力系统为满足社会用电量和供电安全可靠性的要求，在变电站建设和增容等具体工作中，首要考虑的因素是根据变电站的供电负荷，选择变压器的容量及其性能参数（1）；容量选择过大，增加变压器本身和相关设备购置和安装、运行维护的投入，造成资金浪费；容量选择过小，不能满足供电的需求，使变压器过载运行，造成设备损坏，影响变

34、电站对外安全可靠供电；变压器容量选择得当，不仅节约建设的一次性投资，而且能够有利于变压器的安全经济运行，减少运行、维护的费用；本文结合变压器检修运行的相关规程制度，结合作者现场工作的实际经验，提出变压器容量选择遵循的原则及其经济运行的条件和要求，对不同的方案进行经济技术和安全性比较，分析变压器容量选择所要考虑的因素，对供电负荷和变压器的容量确定进行综合效益分析。2、电力变压器的经济运行问题简述2、1关于电力变压器的经济运行电力变压器经济运行是在确保电力变压器安全运行和满足对用户供电质量和可靠性的基础上，以良好的损耗参数为前提，合理选择变压器的容量，充分利用现有的设备条件，择优选取电力变压器的负

35、载率和运行方式，以降低电力变压器本身的能量损耗，提高其电源侧的功率因数，实现降损节能的目标。用电负荷与电力变压器容量和型式的确定，关系到电力变压器经济运行；实施电力变压器经济运行与变压器的台数、容量和性能参数密切相关，是建立在确保安全可靠供电前提下的一项综合经济技术活动，贯穿电力变压器从设计选型、运行检修到退役的整个过程；在新建、扩建和电力变压器增容时，就要考虑其相关的因素和条件；实施电力变压器经济运行，在电力变压器设计和选型时就应充分给予考虑。2、2电力变压器实际应用中存在的问题目前，国内供电系统和工矿企业，已经开始关注和重视能源节约，在电力变压器经济运行方面做了大量工作，1992年国家技术

36、监督局颁布了工矿企业电力变压器经济运行导则，规定了用电单位电力变压器经济运行方式的选择、计算和管理要求；但在实际的运行管理中，仍然存在不合理的运行情况，造成了电能的巨大浪费，特别是电力部门，大多由于没有对运行的电力变压器针对负荷情况，进行系统的分析和动态的计算，仅凭以往旧系列高耗能变压器时代的传统观念，来选择电力变压器的型式和容量；确定变压器的负载率和运行方式，造成的电能损失就更大。电力变压器低效率运行主要表现在：公用变电所或用户配电室内，凡是一台变压器能承担的负载就不用两台运行；凡是小容量变压器能承担的负载就不选用大容量变压器；把变压器的负载率做为是否过轻载（大马拉小车）的标准，错误的认为变

37、压器的负载率越高，变压器损失的电能就越小，效率也就越高；甚至，有些用户认为变压器是高效率设备，开展经济运行无潜力可挖，拒绝使用高性能参数的新系列电力变压器。2、3电力变压器的损耗构成电力变压器是借助于电磁感应，以相同的频率，在两个或多个绕组之间变换、交换电压和电流的一种电气设备，变压器的损耗分为空载损耗和负载损耗；空载损耗是变压器在额定电压下，铁心内由励磁电流引起磁通周期性变化时产生的损耗，仅与变压器的自身特性和运行电压有关，不随负载的高低而变化；负载损耗是变压器在额定负载运行时，一次、二次绕组流过额定电流，在绕组中产生的损耗，包括基本损耗和附加损耗两部分，基本损耗是绕组直流电阻引起的损耗，等

38、于电流的平方与直流电阻的乘积，附加损耗包括由于漏磁场引起的集肤效应使导线的有效电阻变大而增加的损耗，多根导线并绕时的内部环流损耗，漏磁场在金属夹件、油箱壁处产生的涡流损耗等；负载损耗不仅与电力变压器自身特性有关，而且随电力变压器负载的变化而变化。电力变压器有功损耗的理论计算公式（1）：（1）电力变压器的有功损耗：P=P0+2 PK式中：P电力变压器的有功功率损耗， P0为电力变压器的空载损耗； PK为电力变压器的额定负载损耗；为电力变压器的负载率；其中=S/SN S为电力变压器的实际运行负载；SN为电力变压器额定容量。（2）电力变压器年有功电能损耗：Ap=PTT电力变压器全年实际运行小时数 由

39、此可见：电力变压器的损耗不仅与自身的损耗参数有关，而且与变压器的容量和负载率密切相关。3、不同型式电力变压器选择的损耗对比分析电力变压器一直朝着更低损耗和更低噪音的方向发展，90年代后期，我国电力变压器行业发展速度较快，涌现了一大批新的产品和厂家。特别是近几年，由于受到城乡电网改造工程的拉动，选用的电力变压器也实现了由S7型向S9型等新系列型式节能变压器的转变，目前，配电电力变压器正逐步向采用损耗参数更低的11系列转变，电力变压器的损耗参数已得到了大幅度降低。 近几年，国内研制生产的S11系列电力变压器效率高，与S9变压器相比，在其它性能参数满足规程的前提下，空载损耗又下降30%以上，空载电流

40、下降70%以上，损耗参数比较详见表1。 表1 S9和S11系列电力变压器损耗参数比较表额定容量kVA空载损耗W负载损耗W空载电流%S9 S11S9 S11S9S11301301006002.10.36501701408702.00.348025018012501.80.2910029021015001.60.2816040028022001.40.2420048033026001.30.2325056040030501.20.2231567040036501.10.2040080057043001.00.1950096068051001.00.18根据工矿企业电力变压器经济运行导则，下面就电力

41、变压器的损耗参数进行经济计算分析，并以S11-200/10型式与S9和S7型式的同容量电力变压器进行比较，其实际主要技术参数对比，如表2。 表2 200KVA电力变压器损耗参数对比表型 号空载损耗Po(kW)负载损耗Pk(kW)S11-200/100.322.39S9-200/100.482.6S7-200/100.5383.431实际运行中，电力变压器的空载损耗等于负载损耗时，其电能的转换效率最高，故以上3种系列型式的200KVA电力变压器的最佳负载系数和最高效率分别为：11=36.6% 11=(11*Sn-P0-112 PK)/ 11*Sn =99.13%9=43% 11=(9*Sn-P0

42、-92 PK)/ 9*Sn =98.9%7=39.6% 11=(7*Sn-P0-72 PK)/ 7*Sn =98.7%由此可见，实际制造的新系列电力变压器，不仅空载损耗大幅度降低，而且负载损耗也有所下降，即使在最高效率下，新系列型式的电力变压器的效率也最高。在电力企业和广大用户实际应用电力变压器中，其负载率往往很难在最佳状态运行，如下按80%负载率考虑，200KVA各系列型式的电力变压器年节电情况计算比较。对11系列电力变压器有功损耗计算：P=Po+2Pk=0.32+0.822.39=1.8496kW则11系列电力变压器年有功电能损耗：Ap=PT=1.84968760=16200kWh同理可得

43、：9系列电力变压器年有功电能损耗Ap=18780 kWh7系列电力变压器年有功电能损耗P=23950 kWh可以看出：当变压器负载率=0.8时，S11-200/10电力变压器比S9-200/10变压器年节约电量2580kWh，较S7-200/10电力变压器年节约电量7750kWh。如果平均按0.6元/kWh计算，年可节约的电费分别为1548元和4650元。目前，市场购买S11-200/10和S9-200/10及S7-200/10电力变压器的参考价格分别为24000元、22500元和21000元，和年节约电费比较，当年即可收回购买设备的投资差价。同时，由于11系列型式变压器采用全密封波纹油箱，取

44、消了储油柜，加装了压力释放阀，外形美观，属于免维护产品。同时电力变压器油不与外界空气接触，减缓了绝缘材料的老化，其使用寿命比普通电力变压器要长的多；由于延长了变压器使用寿命，减少了运行维护费用，减少了变压器停电检修对生产经营的影响，因此其经济和社会效益十分客观。4、同型式、不同运行方式的电力变压器损耗对比分析4、1季节性负载变压器降低损耗的运行方式选择某农业变电站，共110KV、35KV和10KV三个电压等级，正常负荷为11MW，在农灌时负荷达到50MW；变电站改造时，我们考虑正常负荷时变压器运行的时间长，每年300天左右，变压器的容量选择无须过大，同时又要满足农灌高负荷的需要，容量又不能太小

45、，所以选择安装两台变压器的方式，变压器型式为SFSZ731500/110，变压器的额定容量比为：31500/31500/31500；变电站有两条110KV线路供电，正常运行方式为1条110KV线路主供，1台变压器运行，另一条线路单向备用电源自投，两台变压器的损耗性能参数如表1所示：表1：变压器损耗的性能参数表变压器名称容量（KVA）空载损耗P0（KW）负载损耗（KW）甲变（1#）31500318高中1477高低1438-中低1217乙变（2#）31500318高中1469高低1434中低11932按GB/T13462工矿企业电力变压器经济运行导则，在此，仅考虑有功功率损耗，对变压器容量选择的经

46、济性进行核算；由于，变压器三侧绕组容量相等，两台变压器的阻抗和变压比基本相同，为简化计算方法，采用稳态工程计算式（2）。计算1#变压器各侧额定负载损耗，分别为：高压侧PK1=( PK12+ PK13_PK23)/2=84.9KW，中压侧PK2= 62.8KW，低压侧PK3=58.85KW；计算2#变压器各侧额定负载损耗分别为：高压侧PK1= 85.49KW，PK2=60.14KW，PK3=57.91KW。得出两台变压器一次侧绕组的最佳负载系数分别为： 1J= =50.1%2J = =52.7%正常负载条件下，变压器实际运行的负载系数=S/Sn=11000KVA/31500KVA=0.35%。农

47、灌时，变压器实际运行的负载系数=S/（Sn1+ Sn2）=50000KVA/63000 KVA=79%。相比较得出：正常负载和农灌时，在变压器实际运行的负载系数在其经济运行负载区域范围内。我们曾进一步用计算机软件，对变压器的经济运行的特性进行分析计算，得出变压器并列运行和单台变压器分别运行时的损耗特性曲线，发现负荷在018986KVA时1#变压器运行经济；负荷在1898663000KVA时，两台变压器同时运行经济。具体分析比较如下：正常方式下，单台变压器运行的负载系数= 35%甲变压器运行时有功损耗P1= P01+2PK1=31.8KW+284.9KW=42.2 KW。甲变压器效率=（PK1-

48、P1）/PK1=99.6%。乙变压器运行时有功损耗P2= P02+2PK2=31.8KW+285.49KW=42.3KW。乙变压器效率=99.6%。两台变压器都运行时有功损耗P= P02+ P02+（/2）2（PK1+PK2）=68.8 KW。变压器效率=99.37%。可以看出，正常方式下，甲变压器运行，较乙变压器和两台变压器同时运行的总功率损耗都低，也即变压器的综合效率高。农灌时两台变压器必须同时运行，变压器运行的负载系数= 79%。 两台变压器都运行时有功损耗P= P02+ P02+2（PK1+PK2）= 170KW。变压器效率=99.66%。由以上计算分析可以看出，在该供电区域内，我们选

49、择两台31500KVA的变压器能够满足11MW50.1MW负荷变化的需求，正常负荷时，可以仅选择1#变压器运行，农灌时选择两台变压器并列运行，且都在变压器的最佳经济运行区域内，符合GB/T13462工矿企业电力变压器经济运行导则的要求。4、2 稳定负载变压器降低损耗的运行方式选择某变电站地处负荷中心地段，区域内的用电负荷稳定，基本在35000KW左右，且全部为一、二类负载，为此，我们选择两台双绕组、型式为SFZ740000/110的变压器，变电站110KV电源侧双回线路供电；考虑供电的安全可靠和电网的经济运行，110KV线路一主一备，装设无压自投装置，即一条线路故障掉闸，另一条线路自动投入；两

50、台变压器并列运行，10KV负荷侧单母线分段，投分段开关保护。两台变压器损耗的性能参数如表2：表2：变压器损耗的性能参数表变压器名称容量（KVA）空载损耗P0（KW）负载损耗（KW）甲变（1#）40000346136.5乙变（2#）40000422145.3按GB/T13462工矿企业电力变压器经济运行导则，对变压器容量选择的经济性进行核算；得出变压器的最佳负载系数分别为： 1=PK1=50.3%。2 =PK2=53.9%。两台变压器实际运行的负载系数=S/Sn=17500KVA/40000KVA=43.8%，接近最佳经济运行点，在变压器的经济负载区域范围内。两台变压器运行损耗分别为：P1= P

51、01+2PK1=34.6KW+2136.5KW=67.8KW。P2= P02+2PK2=42.2KW+2145.3KW=70.1KW。可见，两台变压器的总损耗P=P1+P2=137.9 KW。甲变压器的损耗特性优于乙变压器，两台变压器的效率为：=（PK-P）/PK=99.61%。若正常安排一台变压器带全部负荷，变压器的实际负载系数为：=S/Sn=35000KVA/40000KVA=87.5%。两台变压器分别运行时的功率损耗为：P1= P01+2PK1=34.6KW+2136.5KW=139.1KW。P2= P02+2PK2=42.2KW+2145.3KW=153.4KW。皆高于两台变压器并列运

52、行时的综合损耗137.9 KW。由以上计算分析可以看出，我们选择两台SFZ740000KVA的变压器，在并列运行时变压器处在经济运行区域内，符合GB/T13462工矿企业电力变压器经济运行导则的要求；且当一台变压器故障或正常停电检修时，另一台变压器能够承担正常供电任务，满足供电企业安全可靠供电的基本要求。5、同型式、不同容量选择的电力变压器损耗对比分析某变电站地处负荷中心地段，87年建设并投入运行；随着近几年国民经济的快速发展，目前，区域内的用电负荷稳定在60000KW左右，最高时可达65000KW，所带负荷全部为一、二类负载，原为两台双绕组、型式为SFZ740000/110的变压器承担供电任

53、务，两台变压器损耗的性能参数如表3；当一台变压器停电检修或故障时，约有5000 KW的负荷能够通过10KV的线路调至临近的变电站供电，有10000KW和更多的负荷变电站不能供出，需要对用户停电，影响电业部门的效益和服务；为此，在周围再建设新变电站困难的前提条件下，决定对变电站进行扩建或增容改造，考虑了两种方案，一是把两台变压器更换为容量为63000KVA的变压器，再是扩建新间隔，增加一台40000KVA的变压器，对两种方案进行论证比较分析。表3：变压器损耗的性能参数表变压器名称容量（KVA）空载损耗P0（KW）负载损耗PK（KW）甲变（1#）400003565134.52乙变（2#）40000

54、3563134.73拟新增3#400003563134.73拟更换63000*60*260表中*的数据为参照GB/T6451三相油浸电力变压器技术参数和要求给出的标准数据。原两台变压器运行，若负载为60000KW时变压器的负载系数=S/Sn=60000KVA/80000KVA=75%。两台变压器并列运行时的有功损耗分别为：P1= P01+2PK1=35.65KW+2134.52KW=111.3KW。P2= P02+2PK2=35.63KW+2134.73KW=111.4KW。 总损耗功率P=P1+P2=222.7KW。若增加第三台变压器，则变压器的负载系数=S/Sn=600000KVA/120

55、000KVA=50%。三台变压器并列运行时的有功损耗分别为：P1= P01+2PK1=35.65KW+2134.52KW=69.3KW。P2= P3= P02+2PK2=35.63KW+2134.73KW=69.3KW。 总损耗功率P=P1+P2+P3=207.9KW。可见，3台变压器运行较两台运行每年节约电能A=TP=8760h（222.7-207.9）KW=129648KW h。若更换为两台SFZ763000/110的变压器运行；其负载系数=S/Sn=60000KVA/126000KVA=47.6%。两台变压器并列运行时的有功损耗分别为：P1=P2= P0+2PK=60KW+2260KW=

56、119KW。 总功率损耗P=P1+P2=238KW。若单台SFZ763000/110的变压器运行其负载系数=S/Sn=60000KVA/63000KVA=95.2%。变压器的有功损耗为：P1=P2= P0+2PK=60KW+2260KW=295.8KW，高于两台变压器并列运行时的功率损耗。可见3台SFZ740000/110变压器运行较两台SFZ763000/110KVA运行每年节约电能A=TP=8760h（238-207.9）KW=263676KW h。可见3台SFZ740000/110变压器运行较一台SFZ763000/110KVA运行每年节约电能A=TP=8760h（295 .8-207.9）KW=77000