配电变压器改造的节能优化分析
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摘要：配电网自身存在线损，通过对配电变压器的改造提高其性能，达到运行高效，节约电能的目的是现在配电所需要解决的问题。文章通过对配电变压器的结构进行分析，探求其运行节能的原理，并通过目前我国配电网的改造中的实际情况提出节能优化设计的解决方法。
关键词：配电网；变压器；节能；优化设计；电网改造
配电变压器的改造的目的是为了降低电网中变压器对电能的损耗。按照目前我国电网中使用的电压器类型，这种对电能的损耗超过了2%。如果按照过去对配电变压器的负载选择的话，负载率占到60%左右变压器能够发挥最高的工作效率；而如果负载率低于50%，变压器的效率则为负值，出现“一个火车头才拉一节或几节车厢”的现象，这对变压器的损耗也是很大的。为了使变压器的容量同其负载率相匹配，以达到节电的目的，必须采取一定的措施进行优化设计。
1 变压器及其运行和节能
我国在电网改造之前进行配电网的建设大都采取一次性的投资，主要是指将变压器、变电所和其他基础配套设施进行一次性全面施工直至投入使用。事实上，配电网的改造是针对不同地区用电量的增长和供电情况的变化进行的。为了降低变压器的运行费用，根据经济发展程度不同的地区的电价进行供电时产生的差价，都主要由增容费来弥补。“现行的电价制有基本电价和电度电价两部分构成，基本电价指按变压器安装容量计算的电价，这主要是按变压器安装容量占用电网的规划容量来收费，而不论用与否、用多用少。基本电价全国大约在15~30元/（kV*A*月）；电度电价指按实际用电量计算的电价。”[1]这说明我们日常缴电费并不仅仅是缴纳的用电费用，还包括变压器的运行费用。这个费用平摊到每度电上，由用户付。
配电变压器按照不同的材料和形式分，主要有干式变压器、油浸式变压器和非晶合金变压器。变压器的负载率过低造成的负载损耗甚至空载损耗会影响其使用寿命。而变压器的空载损耗中，铁损占主要部分，内容为涡流损耗和磁滞损耗。由于磁滞损耗和变压器的频率成正比例关系和磁通的密度增量的平方成正比例关系，所以必须将传统的叠片铁芯机构进行改造。目前我国的配电变压器质量因将传统的叠片式结构改成了卷芯结构，大大降低了磁阻，提高了功率因数，从而降低了电网的线损，也延长了变压器的使用寿命。
2 配电变压器的优化设计
要把变压器淘汰，既不现实也不经济，所以改造高消耗的变压器，对其实施优化设计，以提高供电的效率。
2.1改造设计的原则
目前改造的目的是降低空载损耗，所以改造的原则必须充分和改造前的变压器实际情况相符：
2.1.1将变压器的容量改造为标准容量，无论是高能耗的变压器还是农村地区的变压器，都要尽量在改造时考虑到改造前后的容量接近；
2.1.2我国的现行技术标准对变压器的能耗指标有着明确的规定，因此，改造后变压器的能耗应尽量低于现行技术标准规定的能耗参数；
2.1.3本着节省资金成本的原则，对变压器的改造应当对原有的条件进行充分利用，包括原变压器上能够使用的零部件和各种材料。
2.2改造设计的方法
2.2.1改造变压器的铁芯
变压器的空载损耗是变压器的主要消耗之一。空载损耗和变压器的铁芯质量、变压器的工艺系数以及变压器的单位损耗密切相关，表述为公式是：
空载损耗=工艺系数×铁芯质量×单位损耗
所以降低乘数才能降低空载损耗。具体方法为：
2.2.1.1将变压器中的硅钢片替换为性能优质的硅钢片，高质量的硅钢片能够降低单位损耗；
2.2.1.2将变压器的铁芯结构由层叠式的改为卷匝式的，降低铁芯的电阻，从而降低铁芯的工艺系数；
2.2.1.3增加变压器内铁芯的线圈数，从而降低每一匝线圈的电压，这样整个铁芯的磁通密度就降低了，硅钢片的单位损耗也降低了。
2.2.2改造变压器的绝缘体
当变压器处于运行状态的时候负载的损耗占了总损耗的70%以上，要降低负载的损耗才能优化变压器的运行质量，提高变压器的使用寿命。
负载损耗=电流密度×导线质量×负载系数
通过降低电流密度，提高导线质量和降低负载系数才能使负载损耗降低。事实上，我们所用的导线的材质多为铜线和铝线，这两种材质的导线的系数趋近不变。所以只有加大导线的横截面积才能降低导线的电流密度，从而改变导线的绝缘强度。用铜质导线换取铝质导线可以减少铜损，使变压器的容量趋于稳定。
2.2.3 降损措施
2.2.3.1将铝线圈换为铜线圈以增大导线截面，降低铜（？）质导线带来的损耗；
2.2.3.2将高压线圈之间的距离、高低压线圈之间的距离和高压线圈与铁轭之间的距离缩短，优化磁通密度；
2.2.3.3将高压线圈的外包材质全部改为漆包线，并加强漆包线的强度。
一般经过改造后的变压器的运行成本能够降低很多，运行效率得到增强。按照一般的大能耗的变压器的损耗来计算，降损越多，收益则越大，使用寿命越长；在增加了导线截面后，虽然一次性投资比较大，但是变压器的无功损耗和负载损耗得到降低，这种投资很容易收回。
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