浅谈变压器损耗及降损措施

浅谈变压器损耗及降损措施

摘要：变压器承担着电力传输和分配的任务，既是高效率输送电能的电气设备,又是消耗电能的电气产品，其运行造成的电能损耗非常大。首先介绍了变压器损耗分类以及各损耗的成因，其次阐述了变压器降损节能的技术措施，最后介绍变压器经济运行方式及影响因素。

关键词：变压器；损耗；节能；降损

在电力系统中变压器的使用范围非常广泛，装设于发电、输电、配电及用电各环节，运行时间长，其电能损耗约占发电量的10％左右。因此，提高变压器运行效率，降低变压器自身损耗，提升资源利用价值，已成为目前普遍关注的重点。

1 变压器的损耗

变压器损耗包括负载损耗和空载损耗。

（1）负载损耗

负载损耗有电阻损耗和杂散损耗两类。电阻损耗是负载电流流经变压器线圈，因线圈自身电阻而形成的损耗，在数值上为线圈电阻与负载电流平方的乘积；杂散损耗是由负载电流感应的漏磁通在结构件和线圈中形成的损耗，包括结构损耗和涡流损耗，其与漏磁通的分布、大小及线圈所用导线的厚度、导线换位与否相关。负载损耗主要由变

压器线圈的电阻损耗造成，若线圈材料一定(铜或铝)，只能凭借减小导线的电流密度（即增加导线的截面积）而降低电阻损耗，此种方法将使线圈的尺寸变大，从而导致变压器的体积和重量增大。中小型电力变压器，变压器线圈的电阻较大致使电阻损耗很大，而杂散损耗在总损耗中的比例很小。对大型电力变压器而言，杂散损耗在总损耗中所占比例较大，可达总损耗的1/3。通过磁场屏蔽和变压器线圈并联多根纸包导线用换位导线取代等方法，可实现杂散损耗减少30%以上。

（2）空载损耗

空载损耗即铁损，包括涡流和磁滞损耗。空载损耗在数值上正比于磁通密度的平方，因此降低铁心磁密可减少空载损耗，但降低磁密将增加铁心材料的使用，限制了铁芯磁密的减小幅度，所以考虑采用高导磁的冷轧硅钢片。具有方向性是冷轧硅钢片的特点，当硅钢片延展方向与磁力线方向一致时，损耗最小；当此两个方向成90度时损耗最大。因此，在普通的铁心结构中，在铁扼和铁心柱的转角处需注意方向性，不制造成直接缝，而要采用卷铁心或做成斜接缝。过去我国制造的冷轧硅钢片变压器，由于工艺条件限制，铁心采用半直半斜接缝结构且冲孔，使损耗增大。

2变压器降损技术措施

减小线圈导体的电流密度和杂散损耗可降低负载损耗，但降低的

程度有限；降低工作磁密可降低空载损耗，使用优质、损耗低的冷轧硅钢片，铁心采用不冲孔全斜接缝结构。具体来说，有以下方法：（1）采用新型导线

变压器采用无氧铜材质的导线，使线圈电阻减小，从而降低变压器运行的负载损耗和空载损耗。目前已开展使用的高温超导配电变压器，采用超导材质的导线代替传统的铜芯导线，除降低了变压器的损耗，还间接提高了变压器抵抗短路电流的能力。

（2）优化磁体材料

目前出现的非晶合金材料，相对于普通磁体，具备更好的磁化和消磁性能。对变压器磁体材料进行优化改进，采用该材料替代传统的普通磁体制作铁芯，可降低变压器磁滞损耗、空载损耗及无功损耗，提升变压器运行的经济效益。

（3）改进制造工艺

采用基于现代计算机的数控加工技术，对变压器制造工艺进行改进，对变压器铁芯的硅钢片进行加工，精确控制其厚度、界面形状等，加工精度可达到0.18mm。采用此种薄度的硅钢片，可极大降低变压器运行的空载损耗。

（4）布置新结构

采用新型线圈布置方式和采用新型绕组结构这两种新的结构布置形式。新型线圈布置方式根据涡流的方向，合理选用纵向或横向线圈布置形式，控制涡流损耗以降到最小，进而减小变压器的运行损耗；新型绕组结构可采用自粘型换位导线来控制漏磁走向，减小变压器绕组的损耗，从而提高变压器的运行经济效益。

（5）抑制谐波

节能滤波型整流变压器通过抑制谐波对变压器发热、振动和噪声等产生影响。该种变压器有4套绕组，二次侧上、下绕组通过移相技术分别连接整流器以构成12 脉波，二次滤波绕组安装感应滤波装置对谐波进行抑制、对无功进行补偿。此外，对滤波绕组进行零等值阻抗设计，可实现谐波的良好抑制、变压器铁芯的谐波磁通低以及节能等优点。

3变压器经济运行

变压器经济运行方式有三种：有功功率损耗最小、无功功率损耗最小和综合功率损耗最小。以有功损耗最小为目标，可主要实现有功电能的节约；以无功功率经济运行为目标，可主要实现功率因数提高；以综合功率经济运行为目标，则应二者兼顾或以降低系统有功网损为主。经济运行影响因素如下。

（1）电压

变压器有功功率损耗在数值正比于电压的平方。在确保电压质量的前提下，通过投切母线电容器、调整变压器分接头等方法，适度调整运行电压，可以实现节能降损。

（2）负载功率因素

在电力系统中，感应电动机和其他感应用电设备不仅消耗有功功率，还消耗一定数量的无功功率，从而导致电网功率因数降低。要维持整个系统电压水平，就必须进行无功补偿，可采用静止无功补偿器（SVC）、STATCOM、SVG等无功补偿装置。功率因数提高后，总的负载电流减少，变压器的有功损耗和无功损耗减少，从而实现变压器负载损耗的降低。

（3）负荷平衡性

变压器的损耗与负荷电流的平方成正比，负荷的变化可导致变压器损耗的变化。三相负荷平衡时，变压器损耗最小；当三相负荷不平衡时，变压器的损耗等于三台单相变压器的负载损耗之和，最恶劣不平衡状态下的损耗可达三相平衡状态下损耗的三倍。因此，调整变压器三相负荷分配、各相平衡，是降低变压器损耗的一个重要措施。

（4）运行温度

在同一负载情况下，若变压器运行温度不同，在绕组中引起的负载损耗也不同。变压器绕组的电阻随温度升高而增大，因此，环境温

度低、通风良好的空间装设变压器，并做好变压器温控仪的保养和维修工作，有助于降低变压器损耗。

4 结束语

变压器是电力系统中不可缺少的电气设备，其能耗多少直接关系到电力传输乃至整个电力系统的损耗大小。本文介绍的降损措施和经济运行方式，为电力系统变压器的节能提供了参考和依据。变压器用户可根据负荷、用电设备以及自身的实际情况，选择合理的节能措施，从而取得良好的节能效果。

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