变压器的节能问题分析

[摘 要]本文首先介绍了变压器损耗的构成，然后阐述了变压器损耗产生的原因，最后就变压器的运行现状，提出了变压器电能转换效率的节能降耗措施，保证配电变压器安全稳定，节能运行，本文在此提出了自己的看法，可供参考。

[关键词]电网； 变压器； 节能； 降耗；

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0129-01

一、前言

降低变压器损耗已是我国节能工作的当务之急。变压器是输变电系统中的主要设备之一，用途极其广泛，其损耗可占线路总损耗的17%。节能变压器能够减少损耗。

二、变压器损耗的构成

1、铁损（即磁芯损耗）

磁材料在外磁场的作用下，材料中的一部分与外磁场方向相差不大的磁畴发生了 “弹性”转动，这就是说当外磁场去掉时，磁畴仍能恢复原来的方向；而另一部分磁畴要克服磁畴壁的摩擦发生刚性转动，即当外磁场去除时，磁畴仍保持磁化方向。因此磁化时，送到磁场的能量包含两部分：前者转为势能，即去掉外磁化电流时，磁场能量可以返回电路；而后者变为克服摩擦使磁芯发热消耗掉，这就是磁滞损耗，是不可恢复能量。每磁化一个周期，就要损耗与磁滞回线包围面积成正比的能量。频率越高，损耗功率越大；磁感应摆幅越大，包围面积越大，损耗也越大。

涡流损耗，当变压器工作时。磁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使磁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。

剩余损耗是由于磁化弛豫效应或磁性滞后效应引起的损耗。所谓弛豫是指在磁化或反磁化的过程中，磁化状态并不是随磁化强度的变化而立即变化到它的最终状态，而是需要一个过程，这个‘时间效应’便是引起剩余损耗的原因。

2、变压器的铜损，即变压器绕组的损耗，包含直流损耗与交流损耗

直流损耗主要是因为绕变压器的铜漆包线，对通过它的电流有一定的阻抗（Rdc）而引起的损耗。此电流指的是各个绕组电流波形的有效值。直流损耗跟电流大小的平方成正比。

三、变压器损耗产生的原因

1、变压器的有功损耗

变压器的工作原理是先将电能变换为磁能，再将磁能变换为电能来变压的，因此，变压器的有功损耗有两种，空载时的和负载时的。也可以理解是铁损以及铜损。铁损指初级的线圈电阻所产生的电能损耗。在运行中，会导致铁芯的发热，这和制作铁芯的方法和材料有关系，和负荷是没有关系的。这种损耗就属于空载损耗。铜损指的是变压器的线圈电阻所产生的电能损耗。在运行中，电流经过线圈时，电阻发热，此时，就有电能转换成热能损耗掉了。这种情况是和负载大小有关系的，与其平方是正比的关系。

2、变压器的无功损耗

在电能的传输过程中，变压器的运行和电能的传输中所消耗的能量就是无功损耗。其中励磁电流会造成一部分的能量损耗，这种情况是和负载电流没有关系的。变压器绕组中经过的电流和其电抗之间会引起另外一部分无功损耗，这种情况是和负载电流有关系的。无功损耗是和变压器的容量成正比关系的。

四、变压器电能转换效率的节能降耗措施

1、高能耗变压器的节能改造

变压器节能改造的具体方法包括：降容、保容、增容和调容4种方法。

绕组改制法：改高、低压绕组降容法；改高、低压绕组调容法；改高、低压绕组降、调容法；改高、低压绕组保容法；改高、低压绕组质量法；改高、低压绕组增容法。

铁心改制法：调换全部铁心法；调换部分铁心法；调换部分柱芯法；调换全部轭铁法；调换部分轭铁法；增减芯柱级数法；增减芯柱直径法；单片重叠铁心法；铁心硅钢片重叠法；铁心硅钢片重新绝缘法。

绕组、铁心全改法：全改绕组、铁心增容法；全改绕组、铁心保容法；全改绕组、铁心降容法。

2、节能变压器的节能关键技术分析

变压器的主要损耗分为空载时的损耗和负载时的损耗。我国目前在降低空载损耗的技术方面主要是通过调整铁心结构及制造工艺来达到节能的效果。叠片式变压器铁心采用全斜无孔不叠上铁轭工艺。卷铁心结构则采用心柱为圆截面或接近圆截面结构。硅钢片用计算机控制下料尺寸，“完全能够做成圆截面”，并且用防渗碳技术对成型铁心进行退火处理工艺，以消除应力；“非晶合金材质的铁心做成圆截面可能比较困难”，可以采用长方形截面、上轭可打开的结构。

虽然变压器节能主要是希望能够节约变压器空载时的损耗，但是仍可以通过漏磁走向的控制降低变压器负载时的损耗。

可采用新型绕组结构、新型导线。根据不同电压等级的绝缘水平采用新型绕组结构，并选用组合导线，如自粘型换位导线、带油道型换位导线。自粘型换位导线是在漆包导线外涂上胶，高温加热后使几条导线粘在一起，从机械的角度上来看，几根导线像一根一样，耐受机械强度大大提高。从材质上看，导线选用无氧铜。

除了采用新型绕组结构、新型导线以外，还可以根据漏磁分布选单根导线尺寸，从而使得横向、纵向涡流损耗降为最低。单纯增加导线截面的方法并不理想。导线截面增加了，电阻减少了，但是其涡流损耗同时也将增加。所以根据漏磁的大小来选择导线的尺寸是最经济的原则。根据横向漏磁调整单螺旋绕组的换位区、连续式绕组的端部线段采用并联结构、合理布置单独调压绕组位置等工艺的实施都可以得到紧凑可靠的结构，并能够降低损耗。

此外，通过在绕组上下端和箱壁上加装磁屏蔽结构，防止无效换位等手段可降低变压器负载时的杂散损耗。而对于ONAF/ONAN两种冷却方式的变压器，如果都能够按ONAF方式运行，从而使得油温下降，也可以使变压器在低负载率时降低损耗。

3、Sl1型、S13型、SHl5型节能型变压器结构特点

S11系列低损耗配电变压器按铁心材料和结构的不同，分为叠积式铁心结构、非晶合金铁心结构、R型卷铁心结构等三种S11系列配电变压器。其中R型卷铁心结构的包括以下主要结构，其一，铁心：三相R型铁心变压器的铁心结构是由两个长方形其截面为内凸的铁心和包围在其外的截面为外凸的铁心组成的三相带外框双框卷铁心。其二。绕组：R型铁心变压器的高低压绕组是在铁心柱上直接绕制的，因此，―般采用层式或螺旋式线圈，层问绝缘全部采用网格点胶纸。绕组同心度好，径向机械强度高。其三，器身：采用新的器身绕组端面有效支撑结构，夹件上的吊板和箱盖下的吊板各开可移动的槽孔，解决器身悬空顶箱盖问题。

S11型节能型变压器性能分析，S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构。具有以下性能特点：其一，硅钢片连续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%～80%，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。其二，连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20%～35%。其三，卷铁心经退火工艺后，其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。

s13型变压器优于S11型，而SHl5型非晶合金变压器又优于$13型变压器，SHl5型非晶合金变压器空载损耗降低了75%，空载电流降低了80%，是目前最节能的一种变压器。

五、结束语

节能变压器的出现，提高了节能效果，提高了电力企业的经济效益，降低了变压器在运作过程中的损耗。加强了电力企业在市场竞争中的竞争力。

参考文献

[1] 策划组织：《机电商报》“一周电气”周刊编辑部.节能型变压器现状调查[N].机电商报，2011，（2005-11-14）

[2] 贺以燕.周内外变压器的现状及发展[N].中国电力报，2012.