劉明祥 孫建東 王江寧

（國(guó)電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京210061）

0 引言

電力系統(tǒng)從發(fā)電、變電、輸電、配電到用戶(hù)用電，要進(jìn)行多次升壓、降壓及逆變，不論哪種電壓變換，多多少少總有損耗，用電變壓器損耗較為明顯，約占系統(tǒng)發(fā)電量的10%。雖然用電變壓器技術(shù)成熟、轉(zhuǎn)換效率很高，但其數(shù)量多、容量大，故總損耗還是比較大的。據(jù)不完全資料統(tǒng)計(jì)，電網(wǎng)60%～65%的損耗中，約有70%損耗在變壓器上。如果變壓器損耗能降低1%，每年就可節(jié)約上百億度電。因此，國(guó)家電網(wǎng)公司在農(nóng)村電網(wǎng)的第一期、第二期改造中，投入了大量資金將老式配電變壓器更換成新型節(jié)能型有載調(diào)容變壓器，用于降低農(nóng)村電網(wǎng)的線(xiàn)損。我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)負(fù)荷的季節(jié)性強(qiáng)、峰谷差較大，導(dǎo)致改造后農(nóng)村電網(wǎng)配電變壓器的損耗仍然較大，造成了大量電力資源的浪費(fèi)［1］。

1 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器

節(jié)能型有載自動(dòng)調(diào)容變壓器的產(chǎn)生，就是為了解決農(nóng)網(wǎng)中“大馬拉小車(chē)”的問(wèn)題。調(diào)容變壓器具有大小2種額定容量，額定容量的變比約為3∶1，2種額定容量運(yùn)行方式可以自動(dòng)無(wú)縫轉(zhuǎn)換。在輸出電壓不改變的情況下，實(shí)現(xiàn)變壓器容量大小的自動(dòng)調(diào)節(jié)，小容量變壓器適應(yīng)小負(fù)荷，大容量變壓器適應(yīng)大負(fù)荷，可大大降低變壓器的損耗。尤其適用于用電季節(jié)性較強(qiáng)、用戶(hù)負(fù)荷波動(dòng)較大、用電比較集中、平均負(fù)載率低的場(chǎng)合。因此，在低壓配電網(wǎng)中，該變壓器應(yīng)用空間廣闊。

1.1 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的基本原理

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的基本設(shè)計(jì)原理是：變壓器的三相繞組在大容額定量狀態(tài)下組成三角形接法，小額定容量狀態(tài)下組成星形接法。每相繞組由2部分組成：一是少數(shù)線(xiàn)匝部分，二是多數(shù)線(xiàn)匝部分。大容量時(shí)，多數(shù)線(xiàn)匝部分并聯(lián)再與少數(shù)線(xiàn)匝部分串聯(lián)；小容量時(shí)，多數(shù)線(xiàn)匝部分串聯(lián)再與少數(shù)線(xiàn)匝部分串聯(lián)。

每相繞組的少數(shù)線(xiàn)匝部分約占27%，多數(shù)線(xiàn)匝部分約占73%。多數(shù)線(xiàn)匝部分導(dǎo)線(xiàn)的截面積約為少數(shù)線(xiàn)匝部分導(dǎo)線(xiàn)截面積的1／2。輸入、輸出公式如下：

式中，Uo為有載調(diào)容變壓器輸出電壓（V）；Uin為有載調(diào)容變壓器輸入電壓（V）；N1為有載調(diào)容變壓器輸入繞組；N2為有載調(diào)容變壓器輸出繞組。

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器從大額定容量狀態(tài)調(diào)整為小額定容量狀態(tài)時(shí)，輸入繞組連接方式由三角形改為星形，則小額定容量狀態(tài)下Uin是大額定容量狀態(tài)下Uin的1／，小額定容量狀態(tài)下的輸出繞線(xiàn)匝數(shù)N2是大額定容量狀態(tài)下繞線(xiàn)匝數(shù)N2的倍，由于有載調(diào)容變壓器Uin和N2增加的倍數(shù)相同，從而保持輸出電壓Uo穩(wěn)定不變。大額定容量調(diào)為小額定容量時(shí)，原理同大額定容量轉(zhuǎn)小額定容量原理。由于低壓繞組匝數(shù)的增加，空載損耗和空載電流相應(yīng)降低，達(dá)到了降損節(jié)能的目的［2］。

1.2 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的技術(shù)特點(diǎn)

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器（容量同于干式變壓器）相比于普通干式配電變壓器，有如下技術(shù)特點(diǎn)：

（1）節(jié)能型有載調(diào)容變壓器在同額定容量狀態(tài)下，各項(xiàng)性能指標(biāo)略?xún)?yōu)于普通干式變壓器，因其繞組及結(jié)構(gòu)原理的升級(jí)，使得空載損耗低，空載電流小，完美適應(yīng)低壓配電網(wǎng)中負(fù)載率低的狀況，節(jié)能效果好。

（2）節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的短路阻抗基本上接近于國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)最小值。

節(jié)能型有載調(diào)配電變壓器，在大額定容量狀態(tài)下，負(fù)荷率低于額定容量的40%時(shí)，可及時(shí)調(diào)到小額定容量狀態(tài)，有效解決“大馬拉小車(chē)”的問(wèn)題，同時(shí)其性?xún)r(jià)比高于傳統(tǒng)的“母子變壓器”。

1.3 節(jié)能型有載調(diào)容變壓器損耗分析

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器是通過(guò)改變調(diào)容變壓器的額定容量達(dá)到節(jié)能的目的，大額定容量狀態(tài)下有載調(diào)容變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗相對(duì)較大，小額定容量狀態(tài)下的空載損耗和負(fù)載損耗相對(duì)較小，其兩種損耗適用相同的公式損耗計(jì)算公式，僅僅參數(shù)有差異。

普通干式變壓器的電能損耗分為有功電能損耗和無(wú)功電能損耗，總損耗為有功損耗和無(wú)功損耗之和。節(jié)能型有載調(diào)容變壓器有2種額定容量，其每日電能損耗為其大額定容量電能損耗和小額定容量電能損耗之和。

普通干式變壓器的電能損耗計(jì)算公式如下：

式中，ΔΡ0D為變壓器空載有功損耗（kW）；TD為變壓器連接供電線(xiàn)路時(shí)間（h）；ΔΡKD為變壓器在額定負(fù)載時(shí)的有功功耗（kW）；SC為變壓器負(fù)載（kVA）；SN為變壓器容量（kVA）；τD為變壓器的最大負(fù)載損耗時(shí)間（h）；ΔQ0D為變壓器空載無(wú)功損耗（kW）；ΔQKD為變壓器在額定負(fù)載時(shí)的無(wú)功功耗（kW）。

節(jié)能型有載調(diào)容變壓器損耗計(jì)算公式為大額定容量普通干式變壓器損耗與小額定容量普通干式變壓器損耗之和，即：

式中，ΔS總為變壓器總電能損耗（kW）；ΔS高容量為高容量變壓器電能損耗（kW）；ΔS低容量為低容量變壓器電能損耗（kW）。

2 應(yīng)用節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的經(jīng)濟(jì)效益

遼寧遼陽(yáng)的科技示范項(xiàng)目中，就安裝了1臺(tái)節(jié)能型有載調(diào)容變壓器，容量為S9（315／100kVA），替換原有的普通干式變壓器，容量為S9（315kVA），圖1為有載調(diào)容變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖。此節(jié)能型有載調(diào)容變壓器供應(yīng)200多戶(hù)居民的正常供電，其絕大部分時(shí)間處于小負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，但在用電高峰期（早上06：00—08：00、中午11：00—13：00、下午17：00—21：00）、農(nóng)忙期存在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的狀況，影響了居民的正常用電。節(jié)能型有載調(diào)容變壓器投運(yùn)一年以來(lái)，容量累計(jì)切換次數(shù)多達(dá)1 051次，大額定容量狀態(tài)下累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約1 311h，小額定容量累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約7 449h，平均每天大額定容量狀態(tài)下僅僅運(yùn)行約4h，其余時(shí)間均在小額定容量狀態(tài)下運(yùn)行，很好地解決了低壓配電側(cè)負(fù)荷不均衡造成的“大馬拉小車(chē)”問(wèn)題，大大降低了變壓器損耗，節(jié)約了電能，提高了電能質(zhì)量。

圖1 有載調(diào)容變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行圖

由公式（2）、（3）計(jì)算可知，每臺(tái)S9（315／100kVA）節(jié)能型有載調(diào)容配電變壓器比同容量的S9（315kVA）型普通干式變壓器每年可節(jié)約電量約3 600kW·h。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)展重心的逐漸傾斜，節(jié)能、清潔、自動(dòng)化愈加受到國(guó)家電網(wǎng)重視，國(guó)家在中、低壓配用電系統(tǒng)中的投資也會(huì)越來(lái)越大，其會(huì)呈爆炸式發(fā)展。而節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的出現(xiàn)，完全滿(mǎn)足國(guó)家電網(wǎng)的節(jié)能、清潔、自動(dòng)化發(fā)展需求，相信節(jié)能型有載調(diào)容變壓器的市場(chǎng)會(huì)越來(lái)越廣闊。

［1］王志鳳，王作軍，姚偉.有載調(diào)容變壓器在農(nóng)村電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.供用電，2009（5）

［2］孫海軍，郭慧.油田專(zhuān)用有載調(diào)容變壓器原理與性能分析［J］.變壓器，2002（11）