【摘 要】對(duì)于配電變壓器來說，其損耗在整個(gè)總配電網(wǎng)損耗中占據(jù)很大的一部分。因此，降低配電變壓器損耗具有很大的節(jié)能潛力。這里詳細(xì)介紹了具有負(fù)載調(diào)節(jié)能力的變壓器的結(jié)構(gòu)組成，技術(shù)原理和核心技術(shù)，并設(shè)計(jì)了通信解決方案。 與S11型通用配電變壓器相比，有載調(diào)容變壓器應(yīng)用所帶來的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。通過對(duì)實(shí)際運(yùn)行效果的分析，得到負(fù)載電容調(diào)節(jié)變壓器的適用面積范圍。

【關(guān)鍵詞】有載調(diào)容；配電變壓器；節(jié)能

一、引言

近幾年來，我國居民的生活水平在中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展十分迅速的時(shí)代背景下也獲得了很明顯的提高，特別是在我國政府相關(guān)措施的施行，例如：城鄉(xiāng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展一體化新模式以及“家電下鄉(xiāng)”政策等等。除此之外，我國的農(nóng)民工人數(shù)也變得越來越多，這種情況很明顯會(huì)對(duì)用電負(fù)荷提出更高的要求，主要體現(xiàn)為其在以下兩個(gè)特殊時(shí)期的用電負(fù)荷變化比較大：一是特殊的季節(jié)，通常情況下電力使用時(shí)間以及電力負(fù)荷更多的季節(jié)多是在農(nóng)業(yè)耕種時(shí)期；二是在一些特殊的時(shí)間點(diǎn)，如大型集會(huì)以及春節(jié)等節(jié)日，而在其他的時(shí)間則消耗的電力相對(duì)比較少。為了適應(yīng)這種需求，供電企業(yè)需要及時(shí)開發(fā)新技術(shù)，使得電網(wǎng)既能承受短期高負(fù)荷供電，又能滿足長(zhǎng)期低負(fù)荷供電的需要。作為電力系統(tǒng)末端的主要電力設(shè)備，配電變壓器具有大量的用途和復(fù)雜的模型。對(duì)配電變壓機(jī)的需求不斷增加，而且速率逐漸加大。配電變壓器的空載損耗極大，大約有一半的總配電損耗是空載造成的。因此，對(duì)于相關(guān)供電企業(yè)來說，其現(xiàn)階段需要面臨的挑戰(zhàn)就會(huì)保證居民用電的穩(wěn)定性以及安全性，避免配電變壓器出現(xiàn)空載損耗現(xiàn)象。

二、有載調(diào)容變壓器

對(duì)于有載電容變壓器來說，是一種能夠節(jié)約能源的新型配電變壓器，具有創(chuàng)新的負(fù)載能力技術(shù)。它可以克服空載可調(diào)變壓器容量小，實(shí)時(shí)可控容量低，無負(fù)載可調(diào)容量，短暫停電和季節(jié)調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)的存在會(huì)在很大程度上對(duì)電源穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。通過有載容量控制器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于變壓器電壓以及電流等相關(guān)數(shù)據(jù)信息的了解，并根據(jù)容量的設(shè)定值確定相關(guān)約束，在滿足以前的設(shè)定容量條件的同時(shí)，控制器通過控制并調(diào)節(jié)負(fù)載，將控制器所發(fā)出的相關(guān)指令信息傳送給有載調(diào)容變壓器的開關(guān)，這樣開關(guān)就能夠以指令為依據(jù)達(dá)到具體位置，實(shí)現(xiàn)配電變壓器內(nèi)部的高低壓繞組的星形，角度變換和串聯(lián)，并聯(lián)變換。有效且順利的對(duì)配電變壓器容量進(jìn)行調(diào)整可以避免下列現(xiàn)象的發(fā)生：一是“大馬車”現(xiàn)象；二是配電網(wǎng)嚴(yán)重過載現(xiàn)象，從而在最大限度上保證供電過程的穩(wěn)定性，綜合損耗和總體成本。配電變壓器有效減少。當(dāng)總是滿足負(fù)載需求時(shí)，使配電變壓器經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行。

三、有載調(diào)容變壓器的技術(shù)原理

1.有載調(diào)容變壓器的結(jié)構(gòu)組成

對(duì)于有載調(diào)壓變壓器來說，其組成結(jié)構(gòu)主要有以下幾部分：一是S11型電容調(diào)節(jié)變壓器體；二是有載電容調(diào)節(jié)開關(guān)；三是有載調(diào)壓控制器及附件。而可調(diào)容量變壓器的主體則主要有以下幾點(diǎn)：一是核心；二是高低壓繞組；三是車身；四是油箱。

（1）變壓器。具有負(fù)載調(diào)節(jié)能力的變壓器鐵氧體磁芯使用的是硅鋼片，它由于具有極高的磁導(dǎo)率、晶粒取向十分規(guī)整而具有極佳的性能，使得有調(diào)載容變壓器的空載損耗有效減少。與此同時(shí)噪聲也相應(yīng)降低。有調(diào)載容變壓器的繞組和絕緣結(jié)構(gòu)是根據(jù)使用情況特制的，它使用的環(huán)形絕緣方式，能大大提高串聯(lián)和并聯(lián)的絕緣性能。油箱采用波紋油箱，瓦楞板采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼板制造。它是由一次性彎曲自動(dòng)生產(chǎn)線和采用先進(jìn)的焊接技術(shù)形成的。

（2）有載調(diào)容開關(guān)。有載電容調(diào)節(jié)開關(guān)由開關(guān)油室，操作機(jī)構(gòu)，電機(jī)裝置，開關(guān)體等組成。該開關(guān)采用先進(jìn)的滅弧原理，將創(chuàng)新的串聯(lián)多次斷開技術(shù)應(yīng)用于高壓接觸開關(guān)，以確保高壓側(cè)開關(guān)的安全性和可靠性。同時(shí)具有完善的限流措施，動(dòng)態(tài)觸點(diǎn)支架和輔助觸點(diǎn)之間的有源觸點(diǎn)，在開關(guān)限流功能過程中通過過渡電阻制作，使過程中的負(fù)載電容變壓器有2種容量激勵(lì)狀態(tài)下的開關(guān)，保證在電源電壓的連續(xù)性和可靠性過程中有可調(diào)節(jié)的開關(guān)。

（3）帶負(fù)載能力控制。數(shù)據(jù)采集單元、負(fù)載生成單元、負(fù)載比較單元、容量控制單元共同維持了負(fù)載能力控制系統(tǒng)的高效運(yùn)行。系統(tǒng)使用集合了自動(dòng)負(fù)載容量、故障診斷和報(bào)警、通信、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)下載、遠(yuǎn)程控制、節(jié)能分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載容量綜合控制策略，精確調(diào)控有載調(diào)容變壓器運(yùn)行狀態(tài)，通過計(jì)算最佳切割能力范圍，設(shè)置合理的容量閾值法和延遲時(shí)間等參數(shù)，確保負(fù)載可調(diào)容量變壓器運(yùn)行在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍內(nèi)。

2.調(diào)整原理

有載調(diào)容高壓變壓器的高壓繞組K.所有觸點(diǎn)閉合形成三角形（D）連接。當(dāng)容量很小時(shí)，K和所有觸點(diǎn)閉合以形成星形（Y）連接。

當(dāng)負(fù)載電容調(diào)節(jié)變壓器的操作模式從高電容調(diào)節(jié)到低電容時(shí)，高壓繞組從D形連接自動(dòng)切換到Y(jié)形連接，電壓也隨之相應(yīng)降低。為了確保輸出電壓恒定，低壓繞組的匝數(shù)增加，也就是說，低壓繞組的并聯(lián)部分切換為串聯(lián)，因此在加大低壓繞組的匝數(shù)的同時(shí)，減小了高壓繞組的電壓。此時(shí)磁芯磁通密度減小，硅鋼片損耗單位較小，變壓器空載損耗和空載電流急劇下降，從而大大降低了無功功率變壓器空載損耗（無負(fù)載功率損耗小容量小于1/10的高容量損耗）和有功損耗（空載有源損耗低容量狀態(tài)小于1/3高容量損失狀態(tài)），達(dá)到節(jié)能減損的目的。

3. 通訊解決方案

對(duì)于有載電容變壓器來說，其通信主要是由有載電容控制器來決定的。數(shù)據(jù)采集芯片（A/D）的主要作用有：一是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)；二是將狀態(tài)輸入到電路；三是對(duì)輸出電路實(shí)現(xiàn)合理控制；四是實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程通信接口等等。只有電路在經(jīng)過以下兩部分處理之后微處理器才能夠計(jì)算并分析交流相應(yīng)的采樣模擬信號(hào)：一是ct信號(hào)；二是其他信號(hào)處理電路的信號(hào)。并最終將得到的結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以便于能夠?qū)⑾嚓P(guān)信息數(shù)據(jù)提供給外部相關(guān)接口。對(duì)于有載可調(diào)容量控制器來說，其一般會(huì)配有相應(yīng)USB接口，除此之外，還會(huì)設(shè)置微功率無線收發(fā)器，該收發(fā)器的存在能夠更好的滿足無線下載方面的有關(guān)需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的傳送以及查詢。同時(shí)，還更有利于數(shù)據(jù)信息傳送到遠(yuǎn)程中心，這樣的話，監(jiān)控中心主站系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于控制負(fù)荷容量變壓器相關(guān)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程的控制，從而在很大程度上提高了供電企業(yè)管理配電過程的工作水平。

四、有載調(diào)容變壓器的節(jié)能效益分析

1.現(xiàn)場(chǎng)操作

（1）安裝在配電平臺(tái)區(qū)域I中的SLL-M-ZT-315（100）/ 10負(fù)載電容調(diào)節(jié)變壓器。以往常用的配電變壓器類型是S11-M-250/10共用型號(hào)，在具體應(yīng)用的過程中，可以發(fā)現(xiàn)有很大一部分時(shí)間是處于輕載狀態(tài)，并且在耗電的高峰期還會(huì)出現(xiàn)過載使用的情況，這些狀況嚴(yán)重影響到了居民的正常用電。從供電的角度來看，電力負(fù)荷主要集中在家用電器（冰箱，洗衣機(jī)，感應(yīng)爐，空調(diào)等）上。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，配電平臺(tái)的日均大容量運(yùn)行時(shí)間約為5小時(shí)，低容量運(yùn)行時(shí)間約為19小時(shí)。從曲線圖可以看出，配電平臺(tái)區(qū)域的最大和小負(fù)載電流完全能保障用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求。

（2）安裝在配電區(qū)的有載電容變壓器上，用S11型配電變壓器代替原有工作區(qū)。該地區(qū)轄區(qū)內(nèi)的居民廣泛開展了種植業(yè)，種植了大量的棗樹，蔬菜和養(yǎng)牛。這個(gè)地區(qū)的季節(jié)性負(fù)荷是顯而易見的。根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，該區(qū)域是季節(jié)性負(fù)荷變化較大的典型平臺(tái)。電力消費(fèi)旺季主要是7月至9月。在淡季期間，最大負(fù)載功率集中在17：00—21：00。

經(jīng)過分析繁忙季節(jié)和淡季的每日當(dāng)前曲線圖自安裝應(yīng)用后均為可調(diào)容量變壓器，有效解決了因負(fù)載或季節(jié)性負(fù)載不平衡而造成的晝夜配電區(qū)域嚴(yán)重超載和大馬拉車現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)了高可靠性電源電壓和電費(fèi)電壓。

2.社會(huì)福利分析

變壓器是一種消耗能量，污染大氣的動(dòng)力設(shè)備，它占發(fā)電總量的2%左右，占電力系統(tǒng)總損耗的30%左右。當(dāng)有載電容調(diào)節(jié)變壓器以小容量模式運(yùn)行時(shí)，空載損耗相當(dāng)于相同容量s11公共變壓器的約45%。分析I，Ⅱ2分布區(qū)可調(diào)容量變壓器負(fù)荷節(jié)能環(huán)保，如下表所示。這里，根據(jù)有關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，煤的使用大大減少，一氧化碳、一氧化硫、氮氧化物的排放也就相應(yīng)減少。

從上表中不難看出，負(fù)載可調(diào)容量變壓器的安裝不僅可以通過減少損耗實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且還可以實(shí)現(xiàn)良好的社會(huì)效益。

它節(jié)省了大量的煤，減少了有害氣體如一氧化碳、一氧化硫、一氧化氮、二氧化氮的排放，有利于節(jié)能減排和環(huán)保的大潮流，對(duì)減緩變暖速度、有效利用資源有較大的促進(jìn)作用，符合當(dāng)前國家建設(shè)節(jié)能型社會(huì)的需求。

五、結(jié)論

通過計(jì)算兩個(gè)配電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，相對(duì)于普通變壓器，有載調(diào)容變壓器的節(jié)能效果是十分明顯的，它可以有效降低當(dāng)前季節(jié)或晝夜負(fù)荷變化而造成的不良影響，降低配電站的壓力。通過聯(lián)網(wǎng)通信，監(jiān)控中心能及時(shí)收到有載調(diào)容變壓器的現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)，并方便查閱它的歷史參數(shù)配置，監(jiān)控中心再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而使配電管理系統(tǒng)獲得大量數(shù)據(jù)，使其高效配置運(yùn)行，大大提高了管理層的配電效率。根據(jù)變壓器技術(shù)的特點(diǎn)，該技術(shù)適用于季節(jié)性負(fù)荷變化或晝夜負(fù)荷變化的配電站。通過數(shù)據(jù)收集和事件記錄分析，為負(fù)荷轉(zhuǎn)移技術(shù)的推廣和應(yīng)用積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

侯思祖，王亞微，陳超，等.基于GPRS通信技術(shù)的配變監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電力科學(xué)與工程，2008，24（10）：45-49.

作者簡(jiǎn)介：

張運(yùn)軍（1978—），男，工程師，本科，從事配電網(wǎng)建設(shè)管理工作。