弓耀波

玉門(mén)油田分公司乍得有限責(zé)任公司，甘肅酒泉，735000

0 引言

為加快國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)越來(lái)越深入，各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目逐漸增多，但由于電能需求量的日益增大，電能損耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重，在這種損耗中，電力變壓器的損耗影響頗大，所以應(yīng)該合理制定變壓器的節(jié)能措施。在電力變壓器設(shè)計(jì)中，加強(qiáng)對(duì)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，在確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性的基礎(chǔ)上，增強(qiáng)電力變壓器的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限。

1 電力變壓器概述

電力變壓器主要是將電磁感應(yīng)作為工作原理，具體如圖1所示，兩邊為高壓和低壓繞組，原繞組連接電源，副繞組連接負(fù)載。W1為原繞組的匝數(shù)，W2代表副繞組的匝數(shù)，兩繞組之間沒(méi)有電方面的聯(lián)系，只有磁的耦合。結(jié)合圖1可看出，將一個(gè)正弦交流電壓u1加在變壓器的一次繞組兩端，導(dǎo)線中將會(huì)產(chǎn)生交變電流i1以及交變磁通Φ，Φ沿著鐵心穿過(guò)一次和二次繞組，最終形成閉合磁路。因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)在二次繞組中感應(yīng)出互感電勢(shì) 2σφ，一次繞組中感應(yīng)出自感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 1σφ，在此種情況下，將負(fù)載接入變壓器的二次側(cè)，二次繞組會(huì)產(chǎn)生電流i2，它的端電壓u2屬于變壓器的輸出電壓，最終實(shí)現(xiàn)電能的快速傳遞。在實(shí)際中，因?yàn)樽儔浩骼@組的阻值較小，所以本身的壓降也很小，僅考慮大小的情況下。由于變壓器一、二次側(cè)的電壓比等于一、二繞組的匝數(shù)比，因此只要一、二次繞組的匝數(shù)比不等于1，便能達(dá)到變壓的目的。如果一、二次側(cè)的繞組匝數(shù)比大于1，屬于降壓作用，相反為升壓作用[1]。

變壓器對(duì)電能的變化會(huì)對(duì)功率的傳輸產(chǎn)生很大影響，發(fā)展前景廣闊。通過(guò)分析表1明確，輸送的功率與電網(wǎng)的電壓等級(jí)有極為緊密的聯(lián)系，

二者之間成正比例關(guān)系。在電能傳輸過(guò)程中，電壓在不同條件下，能實(shí)現(xiàn)降壓或者升壓，不僅滿足了人們的使用需求，也讓設(shè)備的運(yùn)行更加穩(wěn)定，有助于設(shè)備經(jīng)濟(jì)性和安全性的提高。

表1 各種額定電壓等級(jí)電網(wǎng)的輸送功率和輸送距離

2 電力變壓器損耗情況分析

導(dǎo)致電力變壓器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)損耗的因素有很多，比較常見(jiàn)的主要有兩種，一種為有功損耗，另一種為無(wú)功損耗。變壓器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，所形成的損耗為有功損耗，這種損耗通常分為銅損和鐵損兩種。鐵損是指電力變壓器在正常運(yùn)行階段鐵芯出現(xiàn)發(fā)熱問(wèn)題。這種功能損耗是將熱能擴(kuò)散，如若情況嚴(yán)重，會(huì)影響電力變壓器的運(yùn)行效率，干擾工作的正常開(kāi)展。銅損是指變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，線圈電阻有損耗情況出現(xiàn)，諸如電流通過(guò)線圈電阻時(shí)，由于發(fā)散的熱量較多，使得能量生成，在這種條件下，部分電能會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽罱K出現(xiàn)能量的大量消耗，給設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性造成較大干擾[2]。

3 節(jié)能技術(shù)在電力變壓器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用思路

3.1 利用新型材料與工藝降低能耗

在利用節(jié)能技術(shù)進(jìn)行電力變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以加強(qiáng)對(duì)新型材料和工藝的利用，保證實(shí)現(xiàn)能源損耗全面降低的目的。

（1）及時(shí)更換導(dǎo)線。在對(duì)電力變壓器設(shè)計(jì)期間，線路設(shè)計(jì)至關(guān)重要，可以說(shuō)，線路的選擇會(huì)直接關(guān)系到后續(xù)的設(shè)備能耗。因此為減小能耗，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)新型材料的使用。在線路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用較為廣泛，該材料可以在一定程度上降低變壓器線圈內(nèi)阻，能有效規(guī)避電力變壓器中的損耗問(wèn)題，達(dá)到節(jié)約變壓器損耗的目的?，F(xiàn)階段，應(yīng)用較為普遍的高溫超導(dǎo)配電壓器便是使用了無(wú)氧銅超導(dǎo)線材，不僅提升了電力變壓器運(yùn)行效率，也實(shí)現(xiàn)了從整體降低損耗的目標(biāo)。

（2）加強(qiáng)對(duì)電力變壓器磁體材料的優(yōu)化和改進(jìn)。現(xiàn)階段，電力變壓器對(duì)非晶合金材料的應(yīng)用比較普遍，可以使變壓器達(dá)到消磁的效果，有利于電力變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性[3]。

（3）加強(qiáng)對(duì)新結(jié)構(gòu)的布置。當(dāng)前的電力變壓器設(shè)計(jì)以及研究主要從兩方面展開(kāi)，分別為新型繞組結(jié)構(gòu)以及新型線圈布置。需要對(duì)以往繞組結(jié)構(gòu)綜合考量，因?yàn)閭鹘y(tǒng)結(jié)構(gòu)的諧波抗干擾能力較差，再加上運(yùn)行過(guò)程中損耗很大，所以在設(shè)計(jì)期間，應(yīng)該加強(qiáng)創(chuàng)新與優(yōu)化，將電力變壓器的實(shí)際情況作為基礎(chǔ)，依照等級(jí)的不同，有側(cè)重點(diǎn)地選擇與利用繞組結(jié)構(gòu)。通過(guò)使用自粘型的換位導(dǎo)線，讓電力變壓器漏磁導(dǎo)線的問(wèn)題得到有效管控。通過(guò)使用這種方式，不僅可以使電力變壓器的運(yùn)行效益整體提高，還可以增強(qiáng)電力變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性以及可靠性。對(duì)于新型線圈的布置，主要是利用橫向或者縱向的方式對(duì)電力變壓器中的線圈合理布置，保證電力變壓器運(yùn)行期間的損耗程度能徹底降低[4]。

3.2 改善經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

在電力變壓器設(shè)計(jì)以及實(shí)施期間，除了要保證應(yīng)用的材料以及工藝合理之外，也要改善經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。與以往的電力變壓器相比，合理應(yīng)用無(wú)功補(bǔ)償方式，能使電力變壓器達(dá)到節(jié)能的效果。對(duì)電力變壓器實(shí)施無(wú)功補(bǔ)償，主要體現(xiàn)在兩方面。一方面，集中補(bǔ)償無(wú)功變壓器。在實(shí)際操作期間，主要將并聯(lián)電容器安裝在高低壓配電線路上。另一方面，分組補(bǔ)償。所謂的分組補(bǔ)償，具體是在配電變壓器上合理安裝變壓器中的并聯(lián)補(bǔ)償電容器。借助這兩種形式，不僅使電力變壓器的節(jié)能降耗水平得以提高，而且有利于電力變壓器輸送功率的增加[5]。

4 節(jié)能技術(shù)在電力變壓器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用對(duì)策

4.1 降噪技術(shù)的應(yīng)用

電力變壓器在實(shí)際運(yùn)行階段，噪聲問(wèn)題出現(xiàn)頻率較高，諸如冷卻、機(jī)械等噪音。噪聲產(chǎn)生的途徑有很多，例如機(jī)械噪音，是設(shè)備在運(yùn)行期間內(nèi)部鋼片與框架出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生的。設(shè)備實(shí)際運(yùn)行階段，內(nèi)部鋼片受到磁力的影響，導(dǎo)致機(jī)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象，隨著不同介質(zhì)傳播到物體中，設(shè)備的噪聲越來(lái)越嚴(yán)重。冷卻噪音主要與承接系統(tǒng)的運(yùn)行有關(guān)，各設(shè)備在運(yùn)行期間，諸如風(fēng)扇機(jī)構(gòu)、冷卻機(jī)構(gòu)等，在頻繁的震動(dòng)下會(huì)產(chǎn)生噪聲。機(jī)構(gòu)在運(yùn)行期間，經(jīng)常會(huì)發(fā)生周期性或者無(wú)規(guī)則性震動(dòng)，如若不能及時(shí)處理，便會(huì)產(chǎn)生噪聲污染。結(jié)合這兩種噪聲形式，在利用節(jié)能技術(shù)展開(kāi)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要加強(qiáng)對(duì)節(jié)能降噪技術(shù)的使用，依照電力變壓器的具體設(shè)計(jì)要求，從不同層面和角度考量，增強(qiáng)設(shè)計(jì)的合理性、經(jīng)濟(jì)性以及節(jié)能性。

（1）及時(shí)更換變壓器內(nèi)部原有鋼片，整體增強(qiáng)介質(zhì)部件的密度，保證電力變壓器裝置會(huì)不受到電磁干擾。在電力變壓器設(shè)計(jì)過(guò)程中，選擇的材料要具有較強(qiáng)的導(dǎo)磁特點(diǎn)，借助變壓器內(nèi)部固件的電磁作用，降低材料的伸縮系數(shù)，提高部件運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，避免出現(xiàn)共振問(wèn)題。

（2）隔離電力變壓器內(nèi)部導(dǎo)振部件，切除噪音的傳染源，以便噪音在傳播時(shí)能得到及時(shí)阻攔。在設(shè)計(jì)電力變壓器時(shí)，可以在裝置內(nèi)的重要部位增加橡膠墊片，諸如鋼板、鐵芯等，保證整個(gè)裝置可以具有良好的抗震性，為裝置安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。當(dāng)然，還應(yīng)該明確電力變壓器內(nèi)部的各個(gè)機(jī)械構(gòu)件位置，系統(tǒng)且精準(zhǔn)地對(duì)不同噪聲源展開(kāi)分析，掌握噪聲源在傳播過(guò)程中的浮動(dòng)系數(shù)，采取科學(xué)的方式進(jìn)行處理，以此提高電力變壓器運(yùn)行節(jié)能性和環(huán)保性，提升設(shè)計(jì)的水平和有效性。

4.2 降損技術(shù)的應(yīng)用

電力變壓器在工作期間，由于應(yīng)用的功率較大，所以會(huì)出現(xiàn)損耗問(wèn)題。運(yùn)轉(zhuǎn)期間，由于設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)存在差異，使得設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)存在諸多問(wèn)題，但一般來(lái)說(shuō)，主要是由于電氣設(shè)備本身操作過(guò)程的不正常引起的，包括機(jī)械部分的影響、結(jié)構(gòu)布局和電磁干擾等。所以，從降損方面考慮，在開(kāi)展電力變壓器設(shè)計(jì)期間，可以將重點(diǎn)放在關(guān)注空載與負(fù)荷兩種運(yùn)轉(zhuǎn)情況。變壓器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，要想在空載工作的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能降耗的目的，首先要改善電壓器的結(jié)構(gòu)，合理設(shè)計(jì)。也可以采取改變變壓器連接對(duì)接角度的方式，將原本的90°改成45°，對(duì)角度的合理調(diào)整，能讓變壓器實(shí)現(xiàn)節(jié)能損耗的目的。還可以采用五級(jí)接法連接鐵芯的焊縫處，達(dá)到減少能耗的目的。通過(guò)采用這種方法，能夠使變壓器內(nèi)部各個(gè)元件的熔接聯(lián)合程度得以改善，使變壓器達(dá)到最小化的功率損失。在電力變壓器設(shè)計(jì)期間，利用改變傳統(tǒng)變壓器閉合加緊的形式也能實(shí)現(xiàn)降耗的效果。應(yīng)用扎帶法對(duì)變壓器中的組成部分進(jìn)行捆綁，并通過(guò)這種方式，使電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，整體能源損耗降低，避免因?yàn)閾舸﹩?wèn)題的發(fā)生導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)變形現(xiàn)象。在此期間，必須注意到變壓器的磁通密度，充分考慮好現(xiàn)實(shí)的經(jīng)濟(jì)成本，使得變壓器在空載工作的狀況下，損耗率與磁密之間的關(guān)系始終處在合理狀態(tài)，以此對(duì)因?yàn)樽儔浩鞯拇琶芏l(fā)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行耗能加以優(yōu)化。在電力變壓器工作過(guò)程中，內(nèi)部的組裝必須具有較強(qiáng)的完整性，保證變壓器能平穩(wěn)運(yùn)行，減少剮蹭等問(wèn)題產(chǎn)生的影響[6]。

4.3 溫控技術(shù)的應(yīng)用

電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間較長(zhǎng)，所以內(nèi)部結(jié)構(gòu)組件會(huì)發(fā)生不同程度的變化，再加上長(zhǎng)期磨損，組件之間的溫度會(huì)逐漸升高，最終超過(guò)系統(tǒng)既定范圍值，整個(gè)設(shè)備的使用壽命便會(huì)縮短，資源損耗度將嚴(yán)重增加。因此在進(jìn)行電力變壓器設(shè)計(jì)期間，可以采取對(duì)溫度有效降低的方式，讓裝置內(nèi)的系統(tǒng)溫度發(fā)生改變，保證最終的溫度可以和裝置的運(yùn)行指標(biāo)吻合。通過(guò)對(duì)這種方式的有效利用，除了能促進(jìn)電力變壓器整體使用年限的延長(zhǎng)之外，也有利于變壓器運(yùn)行效率的提高，真正達(dá)到設(shè)備運(yùn)行節(jié)能降耗的目的。簡(jiǎn)而言之，可以圍繞繞組的熱驅(qū)特點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)溫度的控制，嚴(yán)格依照標(biāo)準(zhǔn)和原則展開(kāi)，合理分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，借助溫控技術(shù)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行模擬仿真，將變壓器系統(tǒng)裝置工作中形成的數(shù)據(jù)變動(dòng)值精確反映出來(lái)，從而測(cè)算出在各種狀況下整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)在工作溫度和結(jié)構(gòu)損壞程度相互之間的線性關(guān)聯(lián)，并提出與之相符的處理對(duì)策，促進(jìn)設(shè)備使用壽命的提升，增強(qiáng)設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量和效果。在此階段，充分利用先進(jìn)技術(shù)手段，諸如磁屏蔽技術(shù)、物理降溫技術(shù)等，保證磁通現(xiàn)象能徹底規(guī)避，從根源解決局部發(fā)熱的問(wèn)題，為變壓器的正常運(yùn)行提供基礎(chǔ)[7]。

4.4 油替技術(shù)的應(yīng)用

電力變壓器在正常工作過(guò)程中，利用油替技術(shù)，有助于電力變壓器絕緣隔離效果的增強(qiáng)，能讓設(shè)備的運(yùn)行始終處于穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合我國(guó)現(xiàn)階段配電變壓器應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看，絕緣類(lèi)介質(zhì)燃點(diǎn)通常低于340℃，基于這一等級(jí)，電力變壓器很難發(fā)生火災(zāi)事故。而油替技術(shù)就能夠達(dá)到這一特質(zhì)，由于油氣技術(shù)具有很大的生物降解效率，可在25日之內(nèi)實(shí)現(xiàn)95%的生物降解，該類(lèi)物質(zhì)和礦類(lèi)物質(zhì)相比，生成的污染更小。通過(guò)對(duì)油替技術(shù)的合理應(yīng)用，電力變壓器在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以干預(yù)感應(yīng)電磁場(chǎng)，讓電力變壓器的交流電場(chǎng)始終處于均勻分布的狀態(tài)。結(jié)合相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究得知，油替技術(shù)與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，在使用過(guò)程中具有良好的穩(wěn)定性，除了能讓電力變壓器的損耗整體降低之外，也有利于電力變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性的提升。電力變壓器在日常工作過(guò)程中，應(yīng)該從不同層面分析，依照具體工作狀態(tài)，綜合研究和考量，保證所選擇的油替技術(shù)能更為科學(xué)，針對(duì)性更強(qiáng)，促進(jìn)設(shè)計(jì)有效性的提高，為變壓器運(yùn)行節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。

5 結(jié)語(yǔ)

綜合而言，隨著環(huán)保理念的全面落實(shí)，再加上社會(huì)發(fā)展需求的不斷增大，電力變壓器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，所以在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，必須加強(qiáng)對(duì)節(jié)能的重視，結(jié)合當(dāng)前電力變壓器的具體運(yùn)行情況，有針對(duì)性地優(yōu)化功能設(shè)計(jì)，合理利用節(jié)能技術(shù)，保證電力變壓器設(shè)計(jì)的環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性能整體提高。