閆超超

摘 要 隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)保重視程度的日益提高，電力系統(tǒng)應(yīng)該緊跟時(shí)代發(fā)展的腳步，加大節(jié)能降耗技術(shù)研究和應(yīng)用的力度，才能在有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，保持企業(yè)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展。基于此， 本文主要分析了電力電子變壓器中高頻變壓器損耗分析與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞 高頻變壓器;分析;優(yōu)化設(shè)計(jì)

引言

能源消耗帶來的危害巨大，不僅是對(duì)地球資源的浪費(fèi)，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成難以修復(fù)的傷害。因此，盡管電廠電氣設(shè)備能源消耗問題不可避免，但是我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^不斷測(cè)試找到浪費(fèi)的根源，進(jìn)而研究實(shí)施對(duì)策，減少能源的消耗。雖然目前我國的電廠電氣節(jié)能減耗問題有待解決，但相信經(jīng)過我們的不懈努力，在未來一定能夠達(dá)到對(duì)電氣節(jié)能減耗的目的。

1概述

隨著工作頻率和功率密度的提高，高頻變壓器的損耗和溫升問題逐漸明顯。變壓器損耗主要分為繞組損耗和磁芯損耗。隨著工作頻率的提高，繞組集膚效應(yīng)與鄰近效應(yīng)所帶來的渦流損耗問題已經(jīng)成為高頻變壓器研究與設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)之一。考慮到高壓大功率場(chǎng)合對(duì)繞組載流能力與散熱的要求，銅箔成為大容量高頻磁元件的首選導(dǎo)體類型。高頻繞組損耗模型的建立目前主要基于Dowell 在1966 年提出的一維電磁場(chǎng)解析計(jì)算模型。由于采用銅箔繞組的變壓器窗口磁場(chǎng)基本呈現(xiàn)平行于繞組層的一維分布，滿足Dowell 模型的假設(shè)條件，因此在大多數(shù)場(chǎng)合都能得到較準(zhǔn)確結(jié)果。除了繞組損耗外，磁芯損耗的大小也限制著變壓器功率密度與效率的進(jìn)一步提升。斯坦麥斯方程（SE）是計(jì)算正弦激勵(lì)下磁芯損耗最常用的經(jīng)驗(yàn)公式，借助損耗測(cè)量數(shù)據(jù)或磁芯廠家提供的圖表等，可以擬合出適用于特定磁芯的損耗計(jì)算參數(shù)，代入SE 中便得到該磁芯的損耗。此外，還有許多基于SE 的改進(jìn)模型被用來計(jì)算方波等非正弦激勵(lì)下的磁芯損耗[1]。

2降低電力變壓器損耗的重要性

現(xiàn)階段，大型變壓器運(yùn)行的低效高耗能問題會(huì)比較嚴(yán)重，且其問題頻繁的發(fā)生，其在電力輸電系統(tǒng)當(dāng)中所產(chǎn)生的阻礙性效果會(huì)比較強(qiáng)，會(huì)拉低總體設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。產(chǎn)生這一問題的主要原因就是工作人員沒有正確的理解變壓器的利用率，導(dǎo)致其產(chǎn)生了誤區(qū)性的問題，并不會(huì)利用時(shí)間以及公式去精確地計(jì)算各類參數(shù)，隨意性地應(yīng)用各類規(guī)格的設(shè)備。其會(huì)認(rèn)為變壓器利用率數(shù)值會(huì)和變壓器的損耗呈反比的關(guān)系，會(huì)用其設(shè)備的利用率來評(píng)斷其設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有效狀態(tài)。一臺(tái)變壓器可以承擔(dān)的負(fù)載不能使用兩臺(tái)設(shè)備，若其容量比較小的變壓器可以承擔(dān)該負(fù)載，那么，就需要使用大容量的變壓器，這種錯(cuò)誤性的認(rèn)知會(huì)直接影響變壓器經(jīng)濟(jì)的良好運(yùn)行，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的電能浪費(fèi)等的問題。雖然電力變壓器的運(yùn)行效率較高，但是，其在數(shù)量以及容量層面的影響下，使得其總能耗數(shù)值比較高。對(duì)此，要不斷地提升大型電力變壓器的運(yùn)行效率，不斷地減小其設(shè)備的自身能耗，增強(qiáng)各類資源的使用價(jià)值以及效益[2]。

3電力變壓器損耗分析

隨著電力企業(yè)的降損增效意識(shí)的不斷增強(qiáng)，電力網(wǎng)電能損耗的計(jì)算和分析工作越來越受到重視。變電站作為電力網(wǎng)的重要組成部分，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平直接關(guān)系到電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而在變電站的主要設(shè)備中，變壓器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的電能損耗非常大，可占全站總損耗的30%以上。因此，研究變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，變壓器的損耗與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是研究的一項(xiàng)重點(diǎn)內(nèi)容。同時(shí)，目前變電站損耗管控僅局限于計(jì)量數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單統(tǒng)計(jì)，無法及時(shí)準(zhǔn)確地掌握各部分的損耗信息，且缺乏智能降耗的手段。研究變電站變壓器的損耗計(jì)算與節(jié)能降耗，是變電站損耗監(jiān)測(cè)與智能降耗的前提條件，是建設(shè)現(xiàn)代化智能變電站的必要內(nèi)容。對(duì)于運(yùn)行中的變電站，變壓器的損耗與變電站變壓器配置情況、變壓器類型以及運(yùn)行方式有關(guān)。研究變電站中變壓器節(jié)能降耗，首先需要明確變電站主接線情況，分析變壓器的各種運(yùn)行方式，計(jì)算當(dāng)前運(yùn)行方式下的損耗信息，同時(shí)通過計(jì)算、分析，評(píng)估損耗最小的、最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式[3]。

4降低電力變壓器損耗的優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

（1）合理布局配電變壓器。首先，需要設(shè)定好10kV 電力變壓器的位置點(diǎn)，之后，要以其位置對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化以及調(diào)整，就其優(yōu)化的結(jié)果分析和探究，設(shè)定好35kV 及更高電壓的配電變壓器位置。但是，其設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行時(shí)期，負(fù)荷的不穩(wěn)定性會(huì)比較強(qiáng)，因此，在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)期，要綜合性地分析這類不確定的因素，將其因素考慮其中，不斷地提升電力運(yùn)行的安全可靠程度，最大限度地降低故障的發(fā)生概率，保障其分布的合理性，同時(shí)，提高其總體的電力使用率。

（2）合理配置電網(wǎng)的補(bǔ)償裝置。首先，需要增設(shè)無功補(bǔ)償?shù)脑O(shè)備，使得其功率的因數(shù)變得更高。在電網(wǎng)線路中，其所安裝的電容器要和其相匹配，這樣可以讓電網(wǎng)內(nèi)的無功補(bǔ)償能力變得更強(qiáng)。電容器具有充放電兩類基礎(chǔ)的性能，讓電網(wǎng)線路的無功功率補(bǔ)償?shù)哪芰ψ兊酶鼜?qiáng)，提升其功率因數(shù)，減小其設(shè)備以及線路輸送電力時(shí)期的損耗，提升其供電的效率以及質(zhì)量。其次，需要合理化地分布無功功率，將其重心放置到該層面，不斷地減小發(fā)電機(jī)以及電網(wǎng)的供電效率，保障其配置的合理性，控制好無功功率的運(yùn)輸距離，另外，還需要精確地計(jì)算其他方式的損耗，并做好相應(yīng)的補(bǔ)償工作。

（3）采用新型低阻導(dǎo)線及線圈。目前已開展使用的高溫超導(dǎo)配電變壓器，采用超導(dǎo)材質(zhì)的導(dǎo)線替代傳統(tǒng)的銅芯導(dǎo)線，除了降低變壓器的損耗外，還間接提高了變壓器抵抗短路電流的能力。同時(shí)，還要采用新型繞組結(jié)構(gòu)和采用新型線圈布置方式這兩種新的結(jié)構(gòu)布置形式。新型繞組結(jié)構(gòu)可采用自粘型換位導(dǎo)線來控制漏磁走向，減小變壓器繞組的損耗;新型線圈布置方式可根據(jù)渦流的方向，合理選用縱向或橫向線圈布置形式，控制渦流損耗以降至最小，進(jìn)而減小變壓器的運(yùn)行損耗。

5結(jié)束語

綜上所述，為確保配電變壓器處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，要盡量保持在最佳負(fù)載系數(shù)附近工作;選擇容量經(jīng)濟(jì)的配電變壓器;盡可能在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)內(nèi)工作，尤其是在最佳運(yùn)行區(qū)內(nèi)工作;從制造、更新和技術(shù)方面優(yōu)化配電變壓器。

參考文獻(xiàn)

[1] 王超，丁向榮.配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式與控制實(shí)現(xiàn)的研究[J].煤礦機(jī)械，2013，34（10）：202-204.

[2] 涂春鳴，黃紅，蘭征，等.微電網(wǎng)中電力電子變壓器與儲(chǔ)能的協(xié)調(diào)控制策略[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2019，34（12）：2627-2636.

[3] 李子欣，高范強(qiáng)，趙聰，等.電力電子變壓器技術(shù)研究綜述[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（5）：1274-1289.