程樂峰，陳藝璇，余濤（華南理工大學電力學院，廣東省 廣州市 510640）

?

配網(wǎng)變壓器節(jié)能改造技術和方法探討

程樂峰，陳藝璇，余濤
（華南理工大學電力學院，廣東省 廣州市 510640）

摘要：當前國內(nèi)大面積推廣使用節(jié)能型變壓器，基于此，對國內(nèi)外的變壓器的節(jié)能技術和方法進行了詳細的綜述，包括優(yōu)化變壓器材料、變壓器結構改造、變壓器全壽命周期管理、加強變壓器狀態(tài)檢修、變壓器容量的合理選擇、變壓器的經(jīng)濟運行和采用無功補償裝置等，并給出了變壓器運行方式經(jīng)濟切換法進行節(jié)能計算的實例，與變壓器傳統(tǒng)運行方式耗能進行了對比，證明了當前傳統(tǒng)運行方式的節(jié)能潛力，同時給出了變壓器無功補償節(jié)能效益計算實例，表明從無功補償?shù)慕嵌冗M行節(jié)能的必要性。探討了當前變壓器節(jié)能方法研究的薄弱環(huán)節(jié)，并對未來研究方向做出展望。分析得出專線用戶企業(yè)尤其是高耗能企業(yè)應盡快推廣使用新型節(jié)能變壓器，充分挖掘節(jié)能潛力，提高生產(chǎn)效益。

關鍵詞：配電網(wǎng)；節(jié)能改造；新型變壓器；變壓器經(jīng)濟運行；最佳容量選擇；優(yōu)化變壓器材料

本文引用格式：程樂峰，陳藝璇，余濤.配網(wǎng)變壓器節(jié)能改造技術和方法探討［J］.新型工業(yè)化，2016，6（6）：23-38.

Citation： CHENG Le-feng， CHEN Yi-xuan， YU Tao.Discussion on Energy Conservation and Reconstruction Techniques and Methods of Distribution Transformers［J］.The Journal of New Industrialization，2016，6（6）： 23-38.

0 引言

能源是國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、提高人民生活水平和促進社會進步的重要物質(zhì)基礎。電能在全國能源總額中占據(jù)著重要的地位，電能損耗在能源損耗中的更是不可小覷。

變壓器作為電力系統(tǒng)運行的主要設備之一，在電能生產(chǎn)、輸送、調(diào)度分配過程中起到非常重要的作用，文其運行效益直接影響到整個電力系統(tǒng)的成本和效益［1-4］。在配電網(wǎng)中，增加配變布點的要求使得配電變壓器的數(shù)量非常龐大，其容量遠遠超出發(fā)電機的總容量。加之變壓器輸送電能多、運行時間長，變壓器產(chǎn)生的電能損耗相當可觀。據(jù)統(tǒng)計，從發(fā)電到用電所經(jīng)歷的3～5次的電壓變換過程中，變壓器所產(chǎn)生的總電能損耗可占發(fā)電量的10%左右［5］。因此，變壓器節(jié)能的研究是十分緊急且必要的。

目前，在變壓器節(jié)能方面，國內(nèi)外學者已進行了相關研究。在這些研究中，優(yōu)化變壓器的材料、低電阻及導磁性好的材料越來越廣泛的應用在變壓器制造中，很大幅度的減少了變壓器的損耗［6-8］。文［9］提出了變壓器結構優(yōu)化法，將鐵芯結構由原來的直接縫改為半直半斜和全斜接縫，或適當調(diào)整硅鋼片和電磁線的比例，可以大幅降低空載損耗和負載損耗。此外，文［10］深入研究對稱三角形結構的圓截面三相卷鐵芯變電壓器，對變壓器鐵芯結構進行了進一步優(yōu)化，使材料的優(yōu)良性能得以最大化發(fā)揮。大量的理論研究推翻了傳統(tǒng)的變壓器負載率越高越好的認知，提出了變壓器最佳負載率的概念［11］。

從變壓器絕緣壽命評估的角度出發(fā)進行變壓器全壽命周期管理，從而實現(xiàn)對變壓器節(jié)能改造提供思路和方法，其中，文［12］綜合考慮變壓器運行的可靠性和經(jīng)濟性，對變壓器進行運行狀態(tài)和絕緣壽命評估，分析其全壽命周期成本和運行風險，進而制定恰當?shù)倪\行維護和狀態(tài)檢修策略，以提高電力企業(yè)的精益化管理水平。通過對變壓器的全壽命周期管理，制定合理的變壓器維護和檢修策略，評估變壓器的運行狀態(tài)，減少過度維修造成的巨大資源浪費，從壽命全周期管理的角度實施變壓器節(jié)能改造，而筆者曾就變壓器的狀態(tài)檢修和壽命評估做了一些研究［13］，提出選取變壓器油紙絕緣系統(tǒng)作為評估的對象，取熱點溫度（HST）為核心點，結合威布爾分布（Weibull）和阿列紐斯（Arrhenius）反應定律，建立了基于HST的變壓器老化故障模型，并使用油中溶解氣體分析數(shù)據(jù)，結合灰色理論對模型進行修正，確保評估值能反映變壓器的實際可靠性水平，從而基于對變壓器壽命評估的動態(tài)修正來對變壓器的全壽命周期的管理，提前跟蹤觀察變壓器可能出現(xiàn)的油高溫、油擊穿等故障，從另一個角度，通過提高變壓器檢修效率，及時追蹤變壓器實時運行狀態(tài)，為實施變壓器節(jié)能改造提供重要的思路和基礎。

文［14］提出了考慮實際運行、無功損耗、投資回報時的最佳負載率的求解方法，借助這些值可以挑選出容量最合適的變壓器。該文從變壓器狀態(tài)檢修的角度出發(fā)，基于監(jiān)測和診斷技術，通過各種檢測手段來正確判斷變壓器的當前狀態(tài)，對變壓器進行壽命管理，形成有效的壽命評估，減小維修成本［14］，提高電力變壓器的設備利用率，實現(xiàn)變壓器的安全經(jīng)濟運行，這對于變壓器的節(jié)能降耗具有重要的參考作用和指導意義。

除了文［14］提到的方法外，變壓器的最佳容量選擇問題還可通過綜合能效費用法來解決［15-17］：通過計算分析各可行技術方案下的變壓器的綜合能效費用，確定出總費用最少的方案即認為是最優(yōu)。變壓器經(jīng)濟運行理論也在不斷成熟：實際負載率的不斷變動，使得變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間研究比變壓器最佳負載率的研究更具實際意義［18-21］；多臺變壓器存在著不同的運行方式的組合，文［22］提出了在不同的負荷容量下變壓器間最佳組合方式的確定方法，為了防止切換動作過于頻繁，文［23］結合負荷預測方法提出了更具實際意義的時段分析法，提前確定變壓器投切次數(shù)，兼顧了節(jié)能性與安全性。當變壓器總用電負載不變，運行方式也不變時，通過變壓器負載的經(jīng)濟分配也可以實現(xiàn)經(jīng)濟運行［24，25］。此外，對變壓器負載端的無功功率進行補償，提高變壓器的功率因數(shù)，也可以大幅減少變壓器損耗。傳統(tǒng)的無功補償裝置法［26-30］與新型的配電變壓器一體化靜止無功補償技術［31］均可以實現(xiàn)對變壓器負載端進行無功補償。

本文分析了變壓器功率損耗的來源，將國內(nèi)外現(xiàn)有的變壓器節(jié)能方法和技術進行了綜述研究，并選取其中的一種方法進行了詳細的算例分析，通過將變壓器傳統(tǒng)運行方法下的耗能與變壓經(jīng)濟運行方法下的耗能進行對比，分析得出變壓器在傳統(tǒng)運行方式下存在這巨大的節(jié)能潛力。最后，本文指出了當前變壓器節(jié)能研究領域存在的薄弱環(huán)節(jié)，對今后的研究方向做出展望，并指出應盡快大面積推廣使用新型節(jié)能變壓器，尤其是對于專線用戶的高耗能企業(yè)。

1 變壓器損耗分析

變壓器的功率損耗分為有功功率損耗和無功功率損耗。變壓器的有功功率損耗和因其消耗無功功率而使電網(wǎng)增加的有功功率之和為變壓器的綜合功率損耗。綜合功率損耗的表達式為［1-3］：

式中，P0Z為空載綜合損耗，單位為kW，P0Z=P0+kQ0；P0為空載有功損耗，單位為kW；Q0為空載無功損耗，單位為kW，Q0=I0%SN×10-2；PKZ為額定負載綜合損耗，單位為kW，PKZ=PK+kQK；PK為負載損耗，單位為kW；QK為短路無功損耗，單位為kvar，QK=UK%SN×10-2；β為變壓的負載率，β=S/SN；S為變壓器負載容量，單位為kVA；SN為變壓器的額定容量，單位為kVA；k為無功經(jīng)濟當量，單位為kW/kvar。

1.1 變壓器的有功功率損耗［5］

變壓器的有功功率損耗分為空載損耗和負載損耗。空載損耗（又稱作鐵損）包含渦流損耗和磁滯損耗；負載損耗（又稱作銅損）包含電阻損耗和附加損耗。

空載損耗是與負載大小無關的固定損耗，通常容量越大的變壓器，其空載損耗越大。其中，磁滯損耗是由于交流電流通過變壓器時，由于通過硅鋼片的磁力線方向和大小在不斷變化，使得硅鋼片內(nèi)部分子相互摩擦放出熱能而形成的電能損耗；渦流損耗是感應電勢在閉合回路上形成的渦流使鐵芯發(fā)熱而形成的。

負載損耗中，電阻損耗是指變壓器線圈電阻所引起的損耗，與負載電流的平方成正比。由于變壓器短路時的一次側短路電壓UK很小，在鐵芯中產(chǎn)生的有功功率損耗可以忽略不計，故變壓器的短路損耗△PK可以認為是銅損；附加損耗主要由變壓器漏磁引起，包括繞組渦流損耗、并繞導線損耗的環(huán)流損耗以及結構損耗等。

1.2 變壓器的無功功率損耗

變壓器的變壓過程是借助于電磁感應完成的，在變壓器傳輸功率的過程中，變壓器自身的無功功率損耗遠大于有功功率損耗。變壓器的無功功率損耗一部分由建立變壓器主磁通的勵磁電流引起，這部分無功功率損耗與負載電流無關，為一恒量；另一部分由變壓器繞組上的電抗及流經(jīng)繞組的電流組成，這部分與負載電流有關［5］。

變壓器無功功率損耗可以由下式計算：

式中，I0%為變壓器空載電流占額定電流的百分值；UK%為變壓器短路點壓占額定電壓的百分值；S30為變壓器的計算負荷；SN為變壓器的額定容量。

2 變壓器節(jié)能方法和技術簡要綜述

變壓器節(jié)能的重要性使得變壓器節(jié)能方法成為目前的研究熱點。針對變壓器損耗的來源不同，變壓器節(jié)能方法分多種：通過優(yōu)化變壓器的導磁材料改變來變壓器的損耗特性，能夠從根源上減少變壓器的空載損耗和負載損耗。尤其是以非晶體合金為鐵芯材料的變壓器能夠大幅減少變壓器空載損耗，具有非常好的節(jié)能效果；為了使優(yōu)質(zhì)材料的優(yōu)良性能得以最大化發(fā)揮，必須要通過合理的變壓器結構設計，對變壓器結構進行改造，可以達到減少損耗和節(jié)省材料的雙重目的；借助變壓器的最佳負載率或采用綜合能效費用最小的原則可以合理選擇變壓器容量，從而有效防止變壓器容量選擇過大或過小，減少運行成本，提高節(jié)能性與經(jīng)濟性；在變壓器選定之后，可采取變壓器經(jīng)濟運行的方案來安排運行，包括使變壓器工作在經(jīng)濟運行區(qū)間、變壓器各種運行方式間的經(jīng)濟切換、變壓器負載之間的經(jīng)濟分配等。采用這些方案，能夠提高變壓器的運行效率、減少變壓器的運行損耗，實現(xiàn)變壓器節(jié)能的目的；采用無功補償?shù)姆椒?，使變壓器的無功功率從負載處得到補償，可以減少變壓器的無功功率損耗和綜合功率損耗。無功補償方法包括采用傳統(tǒng)的靜止無功補償器SVC、靜止無功發(fā)生器SVG、有源濾波器APF等裝置來進行，也可采用新型配電變壓器一體化靜止無功補償技術來實現(xiàn)高、低電壓等級交匯點處的無功功率及電能質(zhì)量的綜合補償控制。

2.1 優(yōu)化變壓器材料

變壓器是通過電磁感應來改變網(wǎng)絡電壓的，導磁材料質(zhì)地的優(yōu)劣，直接影響變壓器的損耗特性。因此，優(yōu)化變壓器的材料是一種重要的變壓器節(jié)能措施。在減少空載損耗方面，硅鋼片在不斷的被改進與發(fā)展。目前用于鐵芯導磁材料的硅鋼片普遍厚度為0.23～0.30mm，0.18mm厚的硅鋼片已經(jīng)開始被使用，厚度更薄已經(jīng)成為硅鋼片未來的發(fā)展趨勢［6］。另外，非晶合金材料的應用，也促進了變壓器的發(fā)展。非晶合金鐵芯變壓器與硅鋼片鐵芯變壓器相比，空載損耗可降低70%。文［7］將非晶體合金鐵芯變壓器、節(jié)能型S11變壓器的損耗進行對比分析，得出非晶體合金為鐵芯材料的變壓器在降低空載損耗方面的比節(jié)能型S11變壓器更具有優(yōu)越性的結論。在減少負載損耗方面，新型低電阻材料成為研究的熱點。無氧銅導線和電工鋁導線，可使電導率分別提高到電解銅和工業(yè)鋁導線的109%和104.2%，在節(jié)能變壓器中得到了廣泛應用。此外，利用超導材料超過臨界溫度之后失去電阻的特點所研發(fā)的超導變壓器不僅可以降低變壓器的損耗，還可以提高變壓器的抗短路性能［8］。

2.2 變壓器結構改造

降低損耗僅僅采用導磁性能高的材料是不夠的，必須改進變壓器結構，使得材料的優(yōu)良性能得以充分發(fā)揮。變壓器的結構改造是指通過優(yōu)化變壓器結構達到節(jié)省材料、減少損耗的目的的方法。將鐵芯結構由原來的直接縫改為半直半斜和全斜接縫，可以使得鐵芯接縫區(qū)的導磁方向得到緩和，降低空載損耗；適當調(diào)整硅鋼片和電磁線的比例，減少電流密度，可以大幅度降低負載損耗［9］；新型的卷鐵芯變壓器由于幾乎沒有疊積接縫，連續(xù)卷繞又充分利用硅鋼片的取向性，且成自然緊固狀態(tài)，避免了因夾緊而引起的損耗增大。與傳統(tǒng)的疊積式鐵芯變壓器相比，卷鐵芯變壓器不僅在材料上節(jié)省，并且其空載損耗比疊積式鐵芯變壓器的空載損耗降低了20%～35%，空載電流降低了60%～80%［6］。在此基礎上，文［10］進一步對卷鐵芯變壓器進行優(yōu)化，提出了對稱三角形結構的圓截面三相卷鐵芯變電壓器。此種新型變壓器的三相鐵芯磁路完全對稱，鐵軛大幅縮短，磁阻大大減小。并且鐵芯無接縫，芯柱填充系數(shù)高，性能顯著提高，是目前最理想的高效、節(jié)能、環(huán)保型變壓器。

2.3 合理選擇變壓器容量

變壓器的容量是在選擇變壓器時的重要參數(shù)。如果變壓器容量選擇過大，會增大變壓器的投資，也會增大變壓器的空載損耗，增加變壓器的運行成本；如果變壓器容量選擇過小，會增大變壓器損耗，甚至導致變壓器長期過載，加速絕緣老化從而縮短變壓器使用壽命。因此，合理選擇變壓器容量具有十分重要的節(jié)能意義與經(jīng)濟意義。此問題主要有以下兩種解決方法：借助變壓器負載率來選擇變壓器容量［11，14，15］或采用綜合能效費用最小的原則來選擇變壓器容量［16，17］。

變壓器的負載系數(shù)β定義為：

針對此，文［14］提出了更合理的最佳負載率的求取方法，即考慮負荷實際運行情況下，最佳負荷率求取公式為：

式中，P0為變壓器的空載損耗，單位為kW；PK為變壓器的短路損耗，單位為kW；τmax為最大負荷損耗小時數(shù)，單位為h；T為全年使用小時數(shù)，單位為h。

考慮無功損耗情況下，最佳負荷率求取公式為：

式中，Q0為變壓器空載時電源側的勵磁功率（無功空載損耗），單位為kvar；QK為變壓器額定負載時所消耗的漏磁功率（無功負載損耗），單位為kvar；k為無功經(jīng)濟當量。

考慮變壓器的投資回收的情況下，最佳負荷率的求取公式為：

式中，k1為由價格折算為功率的系數(shù)（當電價取0.5元時，k1取2）；kp為折算的現(xiàn)值系數(shù)，kp=［1-1/（1+i）n］/i，i為年利率；Se變壓器額定容量，單位為kVA。

同理，按照上述方法求得更合適的最佳負荷率之后，就可以代入式（3）來選擇變壓器的容量。但是由于變壓器的負荷一直在變化，很難控制變壓器一直工作在最佳負荷率處，在實際運行中并不能采用這種方法來選擇。針對此，文［15］提出了一種按照變壓器的經(jīng)濟區(qū)間來選擇其經(jīng)濟容量的方法：已知變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間為［βL2，βL1］，根據(jù)最大負荷選擇變壓器容量，條件是：

并用最小負荷來校驗，條件是：

由此可保證變壓器運行時不會超出其經(jīng)濟運行的區(qū)間，這種變壓器選擇的方法更具有實際意義。所述變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間的求解方法在下文中將會提到。

不借助變壓器的負載系數(shù)的綜合能效費用法是一種通過計算分析各可行技術方案下的變壓器的綜合能效費用，選擇總費用最少的方案為最經(jīng)濟方案的分析方法［16，17］：首先確定變壓器的類型，選擇多種規(guī)格的變壓器作為待選方案，再根據(jù)已知參數(shù)按照下式計算變壓器的綜合能效費用（TOC）值：

及變壓器綜合等效初始費用ZEFCP ：

式中：CI為配電變壓器的初始費用；POEFC空載損耗的等效初始費用；PKEFC為負載損耗的等效初始費用。

最終，根據(jù)變壓器容量選擇的經(jīng)濟性和節(jié)能性的要求，選擇TOCEFC值與PZEFC值最小的兩個方案，再進一步分析比較確定出變壓器在的最佳經(jīng)濟容量。

2.4 變壓器選擇經(jīng)濟運行方式

變壓器按照優(yōu)良的材料和結構制作、按照合理的容量選定之后，在實際運行中采用經(jīng)濟運行的方案，可以進一步減少損耗，實現(xiàn)變壓器節(jié)能。變壓器的經(jīng)濟運行問題涉及三個方面的研究：變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間、變壓器運行方式間的經(jīng)濟切換、變壓器負載之間的經(jīng)濟分配。在進行變壓器的經(jīng)濟運行的研究時，可分別按照有功功率最小、無功損耗最小、綜合功率損耗最小三種情況建立模型。如以節(jié)約有功電量為主，應按照有功功率損耗最小原則安排經(jīng)濟運行；如以提高功率因數(shù)為主，則應按照無功功率損耗最小原則安排經(jīng)濟運行；如兩者兼顧或者以降低系統(tǒng)網(wǎng)損為主，則應按照綜合功率損耗最小原則安排經(jīng)濟運行［18］。

2.4.1 變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間

變壓器的損耗是隨著負荷率的改變而變化的，當空載或低負荷運行時，變壓器的損耗是以鐵耗為主；隨著變壓器的負荷增加負載損耗逐漸增大，當變壓器的負荷率大于某一數(shù)值時，負載損耗又會占據(jù)主導地位。由第2.3節(jié)可知，變壓器存在著最佳負荷率，在這一負荷率下運行時，變壓器的綜合電能損耗最小，運行效率最高。由于變壓器的負荷率不能長期維持在最佳負荷率下，實際運行時常常控制變壓器工作在經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)。因此，確定變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間對于保證變壓器的經(jīng)濟運行以及合理選擇變壓器容量都具有重要的意義。

文［18］～［20］都對變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間的確定方法進行了深入的研究，認為：變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間的上限值應定為負載率β=1，經(jīng)濟運行區(qū)的下限值所對應的損耗率應與額定負載損耗率相等。運用這種方法所確定的變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間，能夠保證變壓器在實際運行時，損耗率低于額定負載損耗率，效率高于變壓器在額定負載下的運行效率。

除上述方法之外，文［21］以變壓器的年電能損耗△W%不超過考慮無功損耗的最佳負載系數(shù)所對應的年最小電能損耗△Wmin%的1%為約束條件來確定變壓器的經(jīng)濟運行區(qū)間。由此得到的經(jīng)濟運行區(qū)間上下限所對應的負載率為：

通過這種方法，結合變壓器的各級容量，可以求得以電能損耗最小為目的的適用于變壓器容量選擇的變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間：如若認為兩級變壓器容量極差為1.26，通過將兩個容量級的變壓器的年電能損耗進行比較，可以求得△W1%=△W2%時的臨界負荷系數(shù)βr=0.905β0，再結合式（11）即可得到適合于變壓器容量選擇的經(jīng)濟運行區(qū)間所對應的負載率為：

按照此區(qū)間選擇的變壓器的年損耗將比任何一臺容量變壓器的年電能損耗都小，保證了節(jié)能性。

2.4.2 變壓器運行方式間的經(jīng)濟切換

單臺變壓器在獨立運行時，通常采取使變壓器在其經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)運行的方法實現(xiàn)節(jié)能。但是在配電網(wǎng)中，還存在變壓器一用一備運行、兩臺或多臺同容量變壓器并列運行、兩臺或多臺不同容量變壓器并列運行等多種運行方式。在實際運行中，常常根據(jù)負載的變化，在不同的運行方式之間進行切換，以實現(xiàn)綜合損耗最小的目標，這就是變壓器運行方式間的經(jīng)濟切換問題。

經(jīng)濟切換問題解決的關鍵是求得兩種不同運行方式之間切換的轉折點。文［22］認為此轉折點的求解方法是：求出要切換的兩種變壓器運行方式的綜合損耗△P與負載S的關系，兩種關系曲線的交點所對應的負載就是兩種運行方式之間進行切換的臨界負載。如果此臨界負載點滿足不超過其滿載運行點時，就可以在此點處進行運行方式的切換；如果超過，則在其運行方式達到臨界負載點時，就應進行運行方式的切換。

值得注意的是，對于不同容量的變壓器并列運行的情況，在求解變壓器運行方式的綜合損耗△P與負載S的關系時應將負載分配系數(shù)C考慮在內(nèi)。

文［23］指出，若完全根據(jù)負荷變化，在經(jīng)過最佳經(jīng)濟運行轉折點時頻繁的切換變壓器的運行狀態(tài)，這對變電站的安全穩(wěn)定運行、變壓器及開關的使用壽命等都具有負面影響。所以在實際操作中，考慮采用時段控制法，即根據(jù)短期負荷預報值，設置變壓器的動作次數(shù)限制。結合所求得的變壓器運行方式切換的理論轉折點，求得兼顧經(jīng)濟性與實際意義的變壓器經(jīng)濟運行方案，提前分配變壓器投切次數(shù)。

2.4.3 變壓器負載之間的經(jīng)濟分配

當變壓器的總的用電負載不變，且變壓器的運行方式也不變時，隨著變壓器間負載分配的變化，變壓器總的有功損失和無功消耗也會隨著改變。所以，通過對變壓器間的負載進行經(jīng)濟分配，可以使變壓器的總的有功功率損失和無功功率消耗降到最低值，以實現(xiàn)變壓器節(jié)能的目的［20］。變壓器負載之間的經(jīng)濟分配問題主要是借助數(shù)學方法來解決。

文［20］，［24］和［25］均構建了有功損耗△P與各自負載的視在功率S的數(shù)學關系模型，運用數(shù)學方法求解出有功損耗最小時各變壓器負載經(jīng)濟分配系數(shù)表達式：

兩臺或多臺容量相同的變壓器間的負載經(jīng)濟分配系數(shù)為：

式中：Cj表示第j臺變壓器的負載經(jīng)濟分配系數(shù)；Pjk表示第j臺變壓器的短路損失；Pik表示第i臺變壓器的短路損失。

兩臺或多臺容量不同的變壓器間的負載經(jīng)濟分配系數(shù)為：

式中：SjN表示第j臺變壓器的額定容量；SiN表示第i臺變壓器的額定容量。

按照此表達式求得的各變壓器負載視在功率即為容量分配時最經(jīng)濟的方案。

由式（13）、（14）可得出負載經(jīng)濟分配的規(guī)律：兩臺或多臺容量相同的變壓器間的負載經(jīng)濟分配系數(shù)，與變壓器自身的短路損失成反比；兩臺或多臺容量不同的變壓器間的負載經(jīng)濟分配系數(shù)，與變壓器自身的短路損失成反比，與變壓器的容量的平方成正比。

上述經(jīng)濟分配方法可以達到變壓器運行時有功功率損耗最小的目的，從而大幅節(jié)約有功電量。若在實際運行中以提高功率因數(shù)為主，則應按照無功功率損耗最小的原則分配負載；若兩者兼顧或者以降低系統(tǒng)網(wǎng)損為主，則應按照綜合功率損耗最小的原則分配負載。針對此，文［25］構建了模型，分析了無功功率損耗最小原則與綜合功率損耗最小原則下的負載經(jīng)濟分配問題，滿足了不同的運行要求，使得變壓器負載之間的經(jīng)濟分配模型更完善。

2.5 采用無功補償裝置

由1.2.2節(jié)可知，變壓器的無功功率損耗是變壓器的主要損耗之一。如果可以使變壓器的無功功率從負載處得到補償，則可以有效減少變壓器的無功功率損耗。文［26］通過實驗，將不同負載功率、不同功率因數(shù)下的變壓器損耗進行對比，證實了通過提高變壓器負載側的功率因數(shù)來降低變壓器的無功功率損耗是行之有效的。因此，采用無功補償裝置在變壓器的負載側進行無功補償，也是實現(xiàn)變壓器節(jié)能的重要方法之一。

國內(nèi)外關于無功補償裝置做出了大量研究，傳統(tǒng)的無功補償裝置主要有［27］：靜止無功補償器SVC、靜止無功補償器SVG、有源濾波器APF等。靜止無功補償器SVC通過控制晶閘管的觸發(fā)角，改變輸入電網(wǎng)中的等效電納，來達到調(diào)節(jié)無功輸出的目的［28］，但是因為環(huán)流元件沒有斷流能力，使其對電網(wǎng)產(chǎn)生較多的諧波電流，而且對電網(wǎng)電壓波動的調(diào)節(jié)能力也不夠理想。針對此，基于電力電子逆變技術的無功補償裝置如靜止無功補償器SVG、有源濾波器APF就有著優(yōu)良的性能。靜止無功發(fā)生器SVG通過調(diào)節(jié)橋式逆變電路的交流側輸出電壓相位和幅值，或者直接控制其交流側電流，來產(chǎn)生或吸收滿足要求的無功功率，從而實現(xiàn)從感性到容性無功功率全范圍的動態(tài)無功功率補償［29］；有源濾波器APF則以系統(tǒng)中的諧波電流為主要補償目標，其中并聯(lián)型APF可以產(chǎn)生與負載諧波大小相等、方向相反的諧波電流，從而將電流補償為正弦波［30］，因此能夠對電網(wǎng)中實時變化的諧波電流和無功功率同時進行動態(tài)的補償。

除了上述傳統(tǒng)的用于用戶側就地補償?shù)呐潆娋W(wǎng)無功補償裝置之外，針對變壓器負載側的無功補償問題，文［31］提出了一種新型配電變壓器一體化靜止無功補償技術（DT-STATCOM）。DT-STATCOM將傳統(tǒng)的配電變壓器和電力電子靜止無功補償裝置相集成，綜合利用配電變壓器多側的信息，實現(xiàn)在高、低電壓等級交匯點的無功功率及電能質(zhì)量的綜合補償控制。這種技術有效降低了電力電子器件的耐壓要求，簡化了補償單元逆變橋的結構，可以充分的利用變壓器的富余容量，提高效率，是采用無功補償裝置來實現(xiàn)變壓器節(jié)能的新方法。

2.6 變壓器全壽命周期管理

全壽命周期（Life Cycle）是指“產(chǎn)品從自然界獲取資源、能源，經(jīng)開采冶煉、加工制造等生產(chǎn)過程，又經(jīng)儲存、銷售、使用消費直至報廢處置各階段的全過程，即產(chǎn)品從搖籃到墳墓，進行物質(zhì)轉化的整個生命周期［32］”。全壽命周期分析（LCA）則是一種用于評價產(chǎn)品在其整個生命周期中，即從原材料的獲取、產(chǎn)品的生產(chǎn)、使用直至產(chǎn)品使用后的處置過程，對環(huán)境產(chǎn)生影響的技術的方法［33］。

文［12］搭建一個基于實時狀態(tài)的，兼顧經(jīng)濟性和可靠性的變壓器狀態(tài)檢修模型，著重關注變壓器的絕緣故障診斷、絕緣壽命評估、變壓器狀態(tài)評估、變壓器風險評估、變壓器全壽命周期成本評估等關鍵問題，實現(xiàn)綜合考慮技術性和經(jīng)濟性的大型電力變壓器狀態(tài)檢修策略。利用全壽命周期管理的理念促使電力企業(yè)綜合考慮檢測費用和系統(tǒng)故障后確定最佳的檢修方案，并采用合理的維修方式，減少設備檢測和維修總費用，延長設備使用周期，保證設備的可靠性，可以恰當好處地統(tǒng)籌兼顧變壓器安全運行的可靠性與經(jīng)濟性影響因素。文［12］基于全壽命周期管理的思想，從變壓器的實時狀態(tài)出發(fā)，綜合考慮其運行及檢修的可靠性和經(jīng)濟性，并根據(jù)變壓器的狀態(tài)制定狀態(tài)檢修策略，以全面提升精益管理和科學決策的水平，縮小與國外先進水平的差距。企業(yè)實施變壓器節(jié)能改造需要關注變壓器的實時運行狀態(tài)，通過制定合理的狀態(tài)檢修策略，最大化提高變壓器安全運行的經(jīng)濟性和可靠性，從而實現(xiàn)變壓器的節(jié)能和改造，避免對變壓器過度維修，造成巨大的資源浪費和能源浪費。筆者曾提出一種基于動態(tài)修正技術的電力變壓器可靠性評估模型［13］，該模型選取變壓器油紙絕緣系統(tǒng)作為評估對象，取熱點溫度（Hot Spot Temperature，HST）為問題出發(fā)點，結合威布爾分布（Weibull）和阿列紐斯（Arrhenius）反應定律，建立基于HST的變壓器老化故障模型，用于描述變壓器的老化過程，通過計算繞組HST求解變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的故障率，然后，利用變壓器油中溶解氣體分析（Dissolved Gas Analysis，DGA）數(shù)據(jù)，結合灰色理論，對基于HST的老化故障模型進行動態(tài)修正，確保其評估值很好地跟蹤并反映變壓器的實際可靠性水平，通過江門供電局的數(shù)據(jù)作為實例分析，驗證所建立模型的有效性。筆者提出的這種模型可輔助電力企業(yè)對變壓器的運行狀態(tài)進行實時跟蹤，并制定合理的狀態(tài)檢修策略，減少變壓器因為過度維修發(fā)生故障的風險，通過及時有效的運行維護，使變壓器的檢修效率提高，檢修成本減少，可為進一步開展節(jié)能改造奠定實施基礎，因此，可以從變壓器全周期壽命管理的角度出發(fā)來考慮變壓器節(jié)能改造，將產(chǎn)生一定的節(jié)能效益。

3 變壓器節(jié)能算例分析

3.1 運行方式經(jīng)濟切換法進行變壓器節(jié)能

本節(jié)選取某一有兩臺變壓器的變電所的實際參數(shù)進行算例分析。以第2節(jié)中所提到的對變壓器的運行方式進行經(jīng)濟切換，并對變壓器的負荷進行經(jīng)濟分配的經(jīng)濟運行方式為例，求得變壓器在此經(jīng)濟運行方式下的能耗，并與其在傳統(tǒng)運行方式下的電能損耗進行對比分析，得出變壓器在經(jīng)濟運行方式下的節(jié)能潛力。

表1 變電所變壓器技術參數(shù)Tab.1 Substation transformer technical parameters

3.1.1 基本的參數(shù)計算

此變電所的基本參數(shù)如表1所示。

此變電所的負荷用年持續(xù)負荷曲線表示，如圖1所示。

結合表1，由式（1）（其中，無功經(jīng)濟當量k取0.1 kW/kvar）可得，對變壓器A，有：QA0=IA0%*SAN*10-2=6.4kvar，QAK=UAK%*SAN*10-2=7 2 k v a r，PA 0 Z=PA 0+k QA 0=2.1 4 k W，PAKZ=PAK+kQAK=13.7kW。則變壓器A的綜合功率損耗為：ΔPAZ=PA0Z+（SC/SAN）2*PAKZ。同理，對于變壓器B，則為：QB0=IB0%*SBN*10-2=9.6kvar，QBK=UBK%*SBN*10-2=72kvar，PB0Z=PB0+kQB0=3.66kW，PBKZ=PBK+kQBK=18.8kW。則變壓器B的綜合功率損耗為：ΔPBZ=PB0Z+（SC/ SBN）2*PBKZ。

圖1 變電站年持續(xù)負荷曲線Fig.1 Substation yearly sustained load curve

當變壓器AB并聯(lián)運行時，將變壓器AB的參數(shù)代入式（14），可得兩變壓器的負載經(jīng)濟分配系數(shù)為：CA=0.369，CB=0.631。A、B兩臺變壓器并列運行時的綜合功率損耗計算為：ΔPABZ=PA0Z+PB0Z+（SC*CA/ SAN）2*PABZ+（SC*CB/SBN）2*PBKZ。

3.1.2 變壓器傳統(tǒng)運行方式耗能分析

傳統(tǒng)的運行方式認為變壓器的負載率越高運行越經(jīng)濟。國內(nèi)大多數(shù)用戶的變壓器采用傳統(tǒng)的運行方式，即兩臺以上的變壓器運行時，只有在一臺滿載后，另一臺才投入使用。因此，此變電所采用傳統(tǒng)運行方式時的運行方案為：當0＜h≤3100時，安排A臺變壓器單獨運行；當3100＜h≤7100時，安排B臺變壓器單獨運行；當7100＜h≤8760時，安排A、B兩臺變壓器并列運行。在此運行方式下的電能損耗ΔA傳統(tǒng)=ΔA0＜h≤3100+ΔA3100＜h≤7100+ΔA7100＜h≤8760=9845.794+43086.141+41380.707=94312.642kWh。

3.1.3 變壓器經(jīng)濟運行方式耗能分析

圖2 三種運行方式下的綜合功率損耗ΔP與負載容量SC之間的關系曲線Fig.2 The relation curves of comprehensive power loss ΔP and load capacity SCin three operation modes

由圖2可知，當負載容量0kVA＜SC≤328.7kVA時，變壓器A單獨運行經(jīng)濟；當負載容量328.7kVA＜SC≤1600kVA時，變壓器B單獨運行經(jīng)濟；當負載容量SC＞1600kVA時，負載容量已經(jīng)超過變壓器B的額定容量，此時應安排A、B兩臺變壓器并聯(lián)運行。

因此，此變電所采用經(jīng)濟運行方式時的運行方案為：當0＜h≤3100時，安排A臺變壓器單獨運行；當3100＜h≤7100時，安排B臺變壓器單獨運行；當7100＜h≤8760時，安排A、B兩臺變壓器并列運行。在此運行方式下的電能損耗為：ΔA傳統(tǒng)=ΔA0＜h≤3100+ΔA3100＜h≤7100+ΔA7100＜h≤8760=9845.794+26484.734+ 41380.706=77711.234kWh。綜合兩種方法的電能損耗結果，采用經(jīng)濟運行方式時的節(jié)電百分比為：ΔA節(jié)能%=（ΔA傳統(tǒng)-ΔA經(jīng)濟）/（ΔA傳統(tǒng)）=（94312.642-77711.234）/94312.642≈17.60%。由此可得，采用對變壓器運行方式進行經(jīng)濟切換，可以大幅減少電能損耗，具有顯著的經(jīng)濟意義。

3.2 無功功率補償進行變壓器節(jié)能

3.2.1 無功功率消耗簡析

在工業(yè)和生活用電負載中，阻感負載占有很大的比例，如異步電動機、變壓器等都是典型的阻感負載。異步電動機和變壓器所消耗的無功功率在電力系統(tǒng)所提供的無功功率中占有很高的比例，當然，電力系統(tǒng)中的電抗器和架空線等也會消耗一些無功功率。阻感負載必須吸收無功功率才能正常工作，這是由其本身的性質(zhì)所決定的。對于一些電力電子裝置等非線性裝置，也會消耗無功功率，特別是各種相控裝置，同時，這些裝置也會產(chǎn)生大量的諧波電流，而諧波源都要消耗無功功率的。

無功功率對公用電網(wǎng)的影響主要包括：a）增加設備容量。無功功率增加會導致電流增大和視在功率增加，同時，電力用戶的起動及控制設備、測量儀表的尺寸和規(guī)格也要加大；b）設備及線路損耗增加。無功功率增加導致總電流增大，因而使設備及線路的損耗增加；c）使線路及變壓器的電壓降增大。如果是沖擊性無功功率負載，還會使電壓產(chǎn)生劇烈波動，導致供電質(zhì)量嚴重降低。

有功功率的波動一般對電網(wǎng)電壓的影響較小，電網(wǎng)電壓的波動主要由無功功率的波動引起的。電動機在啟動期間，功率因數(shù)很低，這種沖擊性無功功率會使電網(wǎng)電壓劇烈波動，甚至使接在同一電網(wǎng)上的用戶無法正常工作，例如，電弧爐等大型設備會產(chǎn)生頻繁的無功功率沖擊，嚴重影響電網(wǎng)供電質(zhì)量［35］。

3.2.2 無功補償方案簡介［36-45］

在電力系統(tǒng)中，電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個最基本、最重要的指標。為確保電力系統(tǒng)的正常運行，供電電壓和頻率必須穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)。頻率的控制與有功功率的控制密切相關，而電壓控制的重要方法之一是對電力系統(tǒng)的無功功率進行控制?？刂茻o功功率的方法很多，可采用：a）同步發(fā)電機；b）同步調(diào)相機；c）并聯(lián)電容器；d）靜止無功補償裝置。其中，由于并聯(lián)電容器簡單、經(jīng)濟、方便靈活，已逐步取代同步調(diào)相機，而靜止無功補償裝置作為一種新型的無功補償裝置，近年來不斷發(fā)展，應用日益廣泛。根據(jù)電容器安裝的位置不同，并聯(lián)電容器補償無功功率補充通常有三種方式：

1）集中補償：電容器組集中裝設在企業(yè)或地方總降壓變電所的6～10kV母線上，用來提高整個變電所的功率因數(shù)，使該變電所供電范圍內(nèi)無功功率基本平衡，可減少高壓線路的無功損耗，而且能夠提高變電所的供電電壓質(zhì)量；

2）分組補償：將電容器組分別裝設在功率因數(shù)較低的車間變配電所高壓或低壓母線上，也稱為分散補償，這種方式具有與集中補償相同的優(yōu)點，僅無功補償容量和范圍相對小些，但是分組補償?shù)男Ч容^明顯，采用得也較普遍；

3）就地補償：將電容器或電容器組裝設在異步電動機或電感性用電設備附近，就地進行無功補償，也稱為單獨補償或個別補償方式。這種方式既能提高用電設備供電回路的功率因數(shù)，又能改善用電設備的電壓質(zhì)量，對中、小型設備十分適用。近年來，隨著我國逐步具備生產(chǎn)低壓自愈式并聯(lián)電容器的能力，且型號規(guī)格日漸齊全，為就地補償方式的推廣創(chuàng)造了有利條件，并已有許多成功應用的實例。

若能將三種補償方式統(tǒng)籌考慮、合理布局，將可取得很好的技術效益和經(jīng)濟效益。

3.2.3 無功補償節(jié)能效益算例分析

以貴州省某水泥廠企業(yè)節(jié)能改造為例，對其供配電系統(tǒng)及所屬用電設備進行節(jié)能分析，對其中6個監(jiān)測點進行了測量，各監(jiān)測點現(xiàn)場信息如表2所示。雖然該企業(yè)功率因數(shù)整體長期保持在0.92～0.95左右，每月可得到供電公司獎勵，但就當天現(xiàn)場實際測量情況來看，有些變壓器當天平均功率因數(shù)仍低于0.9（如3#3等），甚至有些低于0.8（如2#2等），因此對變壓器提高功率因數(shù)還是有一定必要的，下面根據(jù)測量數(shù)據(jù)，計算將所有變壓器功率因數(shù)值均提高到0.95以上所帶來的節(jié)能效益［34］。

表2 監(jiān)測點現(xiàn)場信息表（變壓器）Tab.2 The field measuring points information （transformers）

式中P2為變壓器有功功率，cosφ1為原功率因數(shù)的測量值，cosφ2取為補償后的值，取0.95。

根據(jù)該式，再根據(jù)實際測量值可計算出每30s的節(jié)電電量，最后綜合計算即可得當天實際通過補償功率因數(shù)提到0.95的節(jié)能電量，可用以下公式進行計算：

以上公式中所有值均取實測數(shù)據(jù)，這樣的計算是非常精確的，當然其前提是假設在測量間隔30s內(nèi)，變壓器負荷是沒有任何波動的，這一點在工程計算中是完全可以認可的。因此根據(jù)式（15），可得30s中變壓器節(jié)能電量為：

而一天中P2與cosφ1的值都是不斷變化的，因此，需要將一天24小時分為每30秒一段，總共為2880段，要計算一天的節(jié)能電量，只需直接將這2880段的節(jié)能電量直接相加即可得到：

式中P2n為第n段時間時的有功功率測量值，cosφ1n為第n段時間的功率因數(shù)測量值。而這些值都是被測量儀器記錄并保存下來的，可直接利用公式進行計算。

以下為當天測量記錄的各測量點有功功率變化曲線與將數(shù)據(jù)導入MATLAB中繪出的功率因數(shù)變化曲線，如圖3（a）～（j）所示。

直接將上述計算公式編寫為MATLAB計算程序，然后將各變壓器數(shù)據(jù)及測量數(shù)據(jù)代入程序中即可計算得到功率補償對測量當天帶來的節(jié)能效益，假設該測量當天即為全年平均值，則將該值乘以365即可得到無功補償后的年節(jié)電量?？刹捎煤虵luke435配套開發(fā)的專用軟件進行計算，結果如下表3所示。

由表3可計算所測五個變壓器測量點通過無功補償?shù)目偟哪旯?jié)電效益約為：

年節(jié)電量=31266.4kWh；折合標煤=31266.4/10000×3.6=11.80tce；折合CO2排放量=30.92噸；節(jié)能效益=31266.4/10000×0.46=1.51萬元。

觀察計算結果可知，雖然節(jié)能效益并不是十分的高，但對各變壓器進行無功功率補償從節(jié)能角度而言是很有必要的，當然，具體到各廠，則需針對自身情況進行無功補償。建議企業(yè)根據(jù)自身情況，優(yōu)先對功率因數(shù)不夠高的點和無功補償節(jié)電效益較高的點進行無功補償，以降低電能的損耗，提高能源的利用率。由于貴州該水泥廠企業(yè)配變的功率因數(shù)相對不高，無功補償?shù)墓?jié)電率相當高，平均達到了20%左右。盡管目前由于負載率較低，絕對損耗不大，但是，當負載率較高時，絕對損耗將大幅增長，總的節(jié)能效果就非常突出了。

圖3 有功功率和功率因數(shù)變化曲線Fig.3 Active power and power factor variation curves

表3 各測量點進行無功補償后的年節(jié)電量Tab.3 Year energy saving amount of each measuring point after reactive power compensation

4 變壓器節(jié)能方法展望

除了第2節(jié)中所列舉的方法之外，根據(jù)影響變壓器經(jīng)濟運行的因素，變壓器節(jié)能問題還可以向下列方向展開深入研究：

（1）穩(wěn)定變壓器運行電壓。變壓器的有功損耗與電壓的平方成正比，一般情況下，變壓器過電壓5%運行時，鐵損將增加15%；過電壓10%運行，鐵損增加50%以上并且空載損耗也會大幅增加，即增加了電網(wǎng)的無功損耗。所以，應采取自動調(diào)壓器等裝置避免改善電能質(zhì)量，變壓器過電壓運行。

（2）維持變壓器三相負荷平衡。變壓器的負荷損耗隨變壓器的運行負荷的變化而變化，與負荷的電流成正比。當三相負荷平衡時，變壓器損耗最??；而當三相負荷不平衡時，變壓器的負荷損耗等于三只單相變壓器的負荷損耗之和，甚至最大不平衡狀態(tài)時的損耗為平衡時的三倍。此外，低壓側的三相負荷不平衡也會造成高壓側的線路損耗。因此，采取方法或裝置維持變壓器三相負荷平衡也是降低變壓器損耗的重要措施。

（3）降低變壓器運行的溫度。變壓器繞組的電阻隨著溫度的升高而增大，溫度每L降低1℃，負載損耗可降低0.32%。因此，優(yōu)化變壓器的溫控及降溫措施，對于降低變壓器損耗具有重要意義。

（4）盡可能大力推廣使用新型節(jié)能變壓器，并開展節(jié)能改造方面的深入研究。

5 總結

在電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡損耗中，變壓器損耗占據(jù)很大的比例，這使得變壓器節(jié)能成為當前亟待解決的問題。本文基于這樣的背景，對變壓器的功率損耗來源進行分析，對當前國內(nèi)外變壓器節(jié)能的方法和技術進行了簡要的綜述，具體包括：優(yōu)化變壓器材料、變壓器結構改造、變壓器容量的合理選擇、變壓器全壽命周期管理、變壓器的經(jīng)濟運行和采用無功補償裝置等。

然后，文章通過選取變壓器運行方式經(jīng)濟切換的方法和無功功率補償?shù)姆椒ㄟM行變壓器節(jié)能分析和耗能計算，發(fā)現(xiàn)采取變壓器運行方式經(jīng)濟切換方法可比傳統(tǒng)運行方法節(jié)能17.6%，而采用無功功率補償措施則對于提高節(jié)能顯得十分必要。通過實例分析，可得出對變壓器進行節(jié)能和改造研究，具有顯著的經(jīng)濟效益。同時，也表明當前變壓器的運行方式存在著很大的節(jié)能潛力。最后，對變壓器的節(jié)能方法做了簡單展望，在穩(wěn)定變壓器運行電壓、維持變壓器三相負荷平衡和降低變壓器運行的溫度等方面進行變壓器節(jié)能改造還較為薄弱，建議今后專線用戶企業(yè)尤其是高耗能企業(yè)，應大力推廣使用新型節(jié)能變壓器，同時開展變壓器節(jié)能改造方面的深入研究。

參考文獻

［1］ 夏春燕.變壓器經(jīng)濟運行分析與應用［J］.變壓器，2007，44（12）：24-28.C Y Xia.Analysis and Application of Transformer Economic Operation ［J］.Transformer，2007，44（12）： 24-28.

［2］ 薛浩然，張珂珩，李斌，等.基于布谷鳥算法和支持向量機的變壓器故障診斷［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43（8）：8-13.H R Xue，K H Zhang，B Li，et al.Fault diagnosis of transformer based on the cuckoo search and support vector machine ［J］.Power System Protection and Control，2015，43（8）： 8-13.

［3］ 王開明，束洪春，曹立平，等.基于相關性分析的OLTC運行狀態(tài)評價方法研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2015，43（19）：54-59.K M Wang，H C Shu，L P Cao，et al.Study of OLTC running state evaluation method based on correlation analysis ［J］.Power System Protection and Control，2015，43（19）： 54-59.

［4］ 阿里木江·卡德爾，索南加樂，阿米那古麗·艾尼，等.基于超高壓自耦變壓器中性點零序電流的方向比較縱聯(lián)保護的研究［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（22）：24-31.K Alimjan，J L Suonan，A Amingul，et al.A novel scheme for UHV auto-transformer protection based on zero-sequence current longitudinal comparison principle ［J］.Power System Protection and Control，2014，42（22）： 24-31.

［5］ 李志斌.變壓器節(jié)能方法歸類分析［J］.應用能源技術，2013，30（05）：29-32.Z B Li.Categorizing and analysis of energy saving measures in voltage transformer ［J］.Applied energy technology，2013，30（05）： 29-32.

［6］ 徐乃紱.變壓器節(jié)能措施綜述［J］.水利電力機械，1990，2（2）：32-34.N F Xu.Summary of energy-saving measures of transformers ［J］.Water conservancy & electric power machinery，1990，2（2）： 32-34

［7］ 趙凱，張凌宇.國際推動變壓器節(jié)能降耗的經(jīng)驗做法［J］.電力需求側管理，2006，8（5）：63-64.K Zhao，L Y Zhang.International experience on transformer energy conservation and consumption reduction ［J］.Power demand side management，2006，08（05）： 63-64.

［8］ Z G Zhang，L X Liu，Z Y Li，et al.Analysis of the economic benefits to new energy-saving distribution transformer［C］.Electricity Distribution，2008.CICED 2008.China International Conference on.IEEE，2008：1-3.

［9］ 姚磊，姚志松.節(jié)能變壓器結構和特點［J］.中國電力，2007，52（09）：49-53.L Yao，Z S Yao.Structure and characteristics of energy saving transformer ［J］.Electric power，2007，52（09）： 49-53.

［10］ 萬宗順.新型節(jié)能配電變壓器卷鐵芯制造關鍵技術研究［D］.東華大學，2006.Z S Wan.Research of key technology of the new type economy transformer with triangle configuration round section roll-core ［D］.Donghua University，2006.

［11］ 胡景生等.變壓器經(jīng)濟運行［M］.北京：中國電力出版社，1999.J S Hu，et al.Transformer economic operation ［M］，Beijing： China electric power press，1999.

［12］ 張鐿議.基于運行狀態(tài)和壽命評估的電力變壓器全壽命周期檢修決策研究［D］.重慶大學，2014.Y Y Zhang.Study on life cycle cost based maintanence decision making for power transformers considering condition assessment and insulation life assessment ［D］.Chongqing University，2014.

［13］ 郭曉斌，程樂峰，王國平，等.基于動態(tài)修正技術的電力變壓器可靠性評估模型研究［J］.電力自動化設備.X B Guo，L F Cheng，G P Wang，et al.Research on reliability model of power transformer based on dynamic correction technique ［J］.Electric Power Automation Equipment.

［14］ 王正風，趙大勤，白澗，等.無功補償和變壓器的容量選擇［J］.電力電容器，2007，28（3）：16-19.Z F Wang，D Q Zhao，J Bai，et al.Selection of reactive compensation and transformer capacity ［J］.Power capacitor，2007，28（3）： 16-19.

［15］ 單曉紅，鐘月梅，王亞忠.配電變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間和經(jīng)濟容量的選擇［J］.廣西電力，2009，32（2）： 38-39.X H Shan，Y M Zhong，Y Z Wang.Choice of distribution transformer’s economic operation range and capacity ［J］.Guangxi Electric Power，2009，32（2）： 38-39.

［16］ 劉照林.配電變壓器容量選擇與經(jīng)濟運行問題分析［J］.山西電子技術，2012，40（4）： 42-44.Z L Liu.Analysis on distribution transformer capacity selection and economic running ［J］.Shanxi Electronic Technology，2012，40（4）：42-44.

［17］ 翁雙安，劉建林，王輝.配電變壓器容量選擇的經(jīng)濟評價［J］.電氣應用，2007，26（1）：140-143.S A Weng，J L Liu，H Wang.Economic evaluation of distribution transformer capacity selection ［J］.Electrotechnical Application，2007，26（1）： 140-143.

［18］ 劉洪濤.配電變壓器節(jié)能研究［D］.華北電力大學（北京），2008.H T Liu.Energy saving study on the distributing transformer ［D］.North China Electric Power University （Beijing），2008.

［19］ 廖述龍，俞超.配電變壓器節(jié)能技術研究［J］.現(xiàn)代建筑電氣，2011，2（8）：13-17.S L Liao，C Yu.The energy-saving methods of distribution transformer ［J］.Modern Architecture Electric，2011，2（8）：13-17.

［20］ 曹志平.大型配電變壓器經(jīng)濟運行的研究［D］.太原理工大學，2005.Z P Cao.Economic operation study on the distribution transformer ［D］.Taiyuan University of Technology，2005.

［21］ 翁雙安.配電變壓器容量選擇的節(jié)能性與經(jīng)濟性［J］.低壓電器，1998，40（2）：55-57.S A Weng.The energy saving and economic performance of distribution transformer capacity choice ［J］.Low Voltage Apparatus，1998，40（2）：55-57.

［22］ 李婷婷.10kV配電網(wǎng)節(jié)能降損研究［D］.華南理工大學，2010.T T Li.Research on energy-saving and loss-decreasing of 10kv distribution network ［D］.South China University of Technology，2010.

［23］ 楊佳，丁曉群.一種雙繞組變壓器經(jīng)濟運行的實用方法［J］.電力自動化設備，2006，26（2）：40-43.J Yang，X Q Ding.Practical economic operation method of two-winding transformer ［J］.Electric Power Automation Equipment，2006，26（2）：40-43.

［24］ 王建華，顧寧.變壓器之間負載的經(jīng)濟分配研究［J］.能源工程，2002，22（3）：15-16.J H Wang，N Gu.Study on economic assignment loads of transformers ［J］.Energy Engineering，2002，22（3）： 15-16.

［25］ 胡景生.變壓器間負載的經(jīng)濟分配［J］.工礦自動化，1981，9（4）：46-50.J S Hu.Economic assignment loads of transformers ［J］.Industry and Mine Automation，1981，9（4）： 46-50.

［26］ 宋桂江.配電變壓器無功功率的分析與節(jié)能措施［J］.中國設備工程，2010，36（4）：59-60.G J Song.Distribution transformer reactive power analysis and energy saving measures ［J］.China Plant Engineering，2010，36（4）： 59-60.

［27］ 董云龍，吳杰，王念春，等.無功補償技術綜述［J］.節(jié)能，2003，23（9）：13-15+19.Y L Dong，J Wu，N C Wang，et al.Summary of reactive power compensation technique ［J］.Energy Conservation，2003，23（9）： 13-15 +19.

［28］ 蘇玲，宋珊，陳建業(yè).靜止無功補償器（SVC）應用的最新進展［J］.國際電力，2004，8（1）：44-49.L Su，S Song，J Y Chen.The newest projects of SVC implemented worldwide ［J］.International Electric Power For China，2004，8（1）：44-49.

［29］ 劉俊杰.靜止無功發(fā)生器（SVG）的研究與設計［D］.天津理工大學，2012.J J Liu.The research and design of static var generator （SVG） ［D］.Tianjin University Of Technology，2012.

［30］ 胡銘，陳珩.有源濾波技術及其應用［J］.電力系統(tǒng)自動化，2000，24（3）：66-70.M Hu，Y Chen.Active power filter technology and its application ［J］.Automation of Electric Power Systems，2000，24（3）： 66-70.

［31］ 熊卿.配電變壓器一體化靜止無功補償器（DT-STATCOM）關鍵技術研究［D］.華中科技大學，2011.Q Xiong.Study on distribution transformer and static reactive power compensator integration technology ［D］.Huazhong University of Science and Technology，2011.

［32］ 寧蕊蕊，湯美安，杜澤超.高校建筑設計方案節(jié)能性模糊綜合評價［J］.數(shù)學的實踐與認識，2010，40（17）：66-71.R R Ning，M A Tang，Z C Du.Fuzzy evaluation on the universities’ building energy-saving design［J］.Mathematical Practice and Thinking，2010，40（17）： 66-71.

［33］ 陳程，趙歡，王培紅.公共機構建筑能耗指標的多因素影響評價［J］.上海節(jié)能，2009，16（2） ：20-24.C Chen，H Zhao，P H Wang.Multi-factors evaluation on building energy consumption of public institution［J］.Shanghai Energy Conservation，2009，16（2）： 20- 24.

［34］ 加拿大電工協(xié)會工程與運行分會靜止補償器委員會編，劉取，等譯.靜止補償器用于電力系統(tǒng)無功控制［M］.北京：水利電力出版社，1989.Canadian Association of Electrical Engineering and Operation Branch Static Compensator Committee，wrote，Q Liu，translated.Static compensators applied for power system reactive power control ［M］.Beijing： Water Resources and Electric Power Press，1989.

［35］ 王兆安.諧波抑制和無功功率補償［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2009.Z A Wang.Harmonic suppression and reactive power compensation ［M］.Beijing： China Machine Press，2009.

［36］ 程樂峰.專線用戶智能節(jié)能診斷裝置的設計與關鍵計算研究［D］.華南理工大學，2015.L F Cheng.Design and research on key technology of intelligent energy-saving and diagnosis device based on dedicated users ［D］.South China University of Technology，2015.

［37］ 米勒TJE.電力系統(tǒng)無功功率控制［M］.北京：水利電力出版社，1990.TJE Miller.Power system reactive power control ［M］.Beijing： Water Resources and Electric Power Press，1990.

［38］ 韓楨祥.電力系統(tǒng)自動控制［M］.杭州：浙江大學出版社，1993.Z X Han.Power system automatic control ［M］.Hangzhou： Zhejiang University Press，1993.

［39］ 程樂峰，周彬，余濤.一種節(jié)電潛力在線自動檢測和快速能源審計智能系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2014，42（14）：105-111.L F Cheng，B Zhou，T Yu.Design and implementation of energy-saving potential automatically detecting online and rapid energy audit intelligent system ［J］.Power System Protection and Control，2014，42（14）： 105-111.

［40］ 竇真蘭，杜鳳青.電力系統(tǒng)節(jié)能策略和方法分析［J］.新型工業(yè)化，2015，5（10）：1-6.Z L Dou，F(xiàn) Q Du.Research on the energy-saving strategies and the methods for power system ［J］.The Journal of New Industrialization，2015，5（10）： 1-6.

［41］ 韓楨祥，吳國炎.電力系統(tǒng)分析［M］，北京：水利電力出版社，1994.Z X Han，G Y Wu.Power system analysis ［M］.Beijing： Water Resources and Electric Power Press，1994.

［42］ F Z Peng，G W Ott，D J Adams.Harmonic and reactive power compensation based on the generalized instantaneous reactive power theory for three-phase four-wire systems［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，1998，13（6）： 1174-1181.

［43］ Z Shu，S Xie，Q Li.Single-phase back-to-back converter for active power balancing，reactive power compensation，and harmonic filtering in traction power system ［J］.IEEE Transactions on Power Electronics，2011，26（2）： 334-343.

［44］ 吳雯美，陸江，譚敏，等.基于相關均衡強化學習協(xié)同算法的多區(qū)域無功優(yōu)化研究［J］.新型工業(yè)化，2015，5（6）：33-40.W M Wu，J Lu，M Tan.Multi-regional reactive power optimization based on correlated equilibrium Q-learning collaborative algorithm ［J］.The Journal of New Industrialization，2015，5（6）： 33-40.

［45］ B Singh，K Al-Haddad，A Chandra.A new control approach to three-phase active filter for harmonics and reactive power compensation［J］.IEEE Transactions on Power Systems，1998，13（1）：133-138.

［46］ 張祿亮，余濤，曾江，等.基于實測數(shù)據(jù)的變壓器節(jié)能效益精確測算方法及實例分析［J］.電氣應用，2010，29（22）： 44-47.L L Zhang，T Yu，J Zeng，et al.Transformer energy-saving benefits accurate measurement method and example analysis based on actual measured data ［J］.Electrotechnical Application，2010，29（22）： 44-47.

DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.06.004

基金項目：中國南方電網(wǎng)科技項目資助（［2015］000303ZB00002）

作者簡介：程樂峰（1990-），男，漢族，碩士，主要研究方向為配網(wǎng)自動化、電力系統(tǒng)智能優(yōu)化及控制等方面研究；陳藝璇（1994-），女，漢族，碩士研究生，主要研究方向為電力系統(tǒng)運行與分析等；余濤（1974-），男，漢族，教授，主要研究領域為復雜電力系統(tǒng)的非線性控制理論和仿真、智能控制算法等

Discussion on Energy Conservation and Reconstruction Techniques and Methods of Distribution Transformers

CHENG Le-feng， CHEN Yi-xuan， YU Tao
（Electric Power College， South China University of Technology， Guangzhou 510640， China）

ABSTRACT：The type of energy conservation transformers has been popularizing in large scale at home and abroad，on the basis， a detailed review and analysis was made on domestic and abroad energy conservation techniques and methods of distribution transformer， including the transformer materials optimization， structure modification， life-cycle management，condition-based maintenance， rational capacity selection， economic operation and reactive power compensation， etc.moreover，the transformer operation mode economic switching method was shown as an example of energy conservation calculation， which was compared with the traditional operation mode in aspect of energy consumption， and it’s proved that there was a strong energy conservation potential ability in current conventional operation modes.Meanwhile， an example of transformer reactive power compensation energy conservation benefits computation was given， which shows necessity of energy conservation from aspect of reactive power compensation.The weak links of transformer energy conservation methods were discussed and the future relation research directions were prospected.It’s concluded that the individual line enterprises especially ones with high energy consumption， should promote the application of new-type energy conservation transformers as soon as possible， and fully dig the energy conservation potential and improve the productive benefits.

KEyWORDS：Distribution network； Energy conservation and reconstruction； New-type transformer； Transformer economic operation； Optimal capacity selection； Transformer materials optimization