负荷变化与配电变压器的损耗

赵勇

摘要：随着经济的发展和社会的进步，人们对电的依赖性越来越强，对配电网络安全可靠运行也提出更高要求，配电变压器是电气设备中使用较多的设备，配电变压器损耗约占配电系统总损耗的60%～80%，变压器的过负荷电流超过其额定电流时，将使绕组发热，轻则影响其使用寿命，重则烧坏变压器，配电变压器过负荷问题一直困扰着我们，为防止变压器过负荷，必要时予以调整解决，对此本文探讨了负荷与配电变压器的损耗的关系以及如何减小负荷对配电变压器的损耗。

关键词：配电变压器；负载率；过负荷；损耗

一、前言

配电变压器将系统电网的高电压降压为配电电压，大量应用于将配电电压转变为低压电器的用电电压（380V/220V）。对于数量众多的配电变压器来说，变压器的损耗也是相当惊人的，所以，正确计算变压器损耗十分重要，有利于正确选择配电变压器的容量，提高变压器的效率和实现经济运行，即最大限度地减少变压器的损耗。

二、配电变压器损耗随负荷变化而变化

变压器的损耗分为磁损耗和负载损耗，“磁损耗”就是主磁通Фm在变压器铁芯中产生的有功损耗和无功损耗，因为变压器主磁通只与电压和频率有关，与负荷电流无关。通常用变压器空载试验来确定其参数空载损耗ΔP0的大小，空载有功损耗又称为铁损。“负载损耗”负载电流通过变压器绕组产生的有功损耗和无功损耗，通常用短路试验来来确定其短路损耗ΔPd和短路电压百分比Ud%的大小，短路损耗又称铜耗，铜耗的数值一般比铁耗大好几倍，并且负载损耗与通过变压器绕组的负荷电流平方成正比变化，所以配电变压器损耗随负荷率变化。

配电变压器运行时，有时通过电流很大，有时很小，有时甚至接近于空载，这时配电变压器的损耗就更大了。大量的配电变压器成年运行，积累的损耗相当惊人，所以应采取合理的损耗分析计算方法及相应的减少损耗的措施。

三、配电变压器过负荷原因

伴随着配电网络的不断扩大，供电企业的运行管理任务大大增加。配电变压器的设计和制造是按三相对称负荷运行考虑的，据统计，部分变压器的过负荷是由于三相负荷不平衡引起的，当三相负荷对称时，变压器的额定容量是按每相绕组设计的，每相电流大小都一样，变压器的内部压降是相同的，所以其输出电压是对称的。当变压器在三相负荷不平衡状态下运行时，各相在变压器内部的电压降就不一样，相对负荷电流大的一相电压降就大，负荷电流小的一相电压降就小，变压器负荷高的相时常出现故障，如缺相、接点过热、个别密封胶垫劣化等，三相电压升高（最高可接近线电压）可能烧毁接在三相运行的用户用电设备，又有可能造成接在另一相上的用户用电设备因电压过低而无法启动使用，造成变压器故障停运。同时，配电变压器在三相负荷不平衡状态下运行，会产生零序电流。这个零序电流会随变压器不对称程度的大小而变化，造成三相输出电压不对称，电压质量得不到保障。而且当三相不平衡时，中性线要流过不平衡电流，若中性线引出线截面积过小或接头安装不牢，有可能在超过额定负荷情况下烧断，造成用户用电设备不能正常使用或被烧毁。

四、配电变压器过负荷解决对策

（一）合理选择配电变压器容量

配电变压器容量选择是否合理，对变压器的安全经济运行至关重要。通常，在确定配电变压器容量以前，应调查了解单位的用电性质、负荷情况，用电设备数量和容量（kW），在哪些季节使用、每天使用多少小时、同时使用的设备总共有多少千瓦、最大台直接启动的电动机的容量是多少千瓦等，使其经常处于经济负荷运行状态。具体的说，选择配电变压器的容量应遵循以下原则：1）要使变压器的容量得到充分利用，配电变压器的备用容量不能过大，一般情况下，所带负荷应为变压器额定容量的75％左右。为了保证电动机能顺利启动，应考虑最大一台直接启动的电动机的容量与变压器的容量相匹配，对于一般全压启动的异步电动机的功率，不宜超过配电变压器容量的30%。同时还要保证最大一台电动机启动时，其他设备端子电压降不能低于额定电压的25%，否则要采取降压启动。2）变压器的运行要经济、可靠，并留有一定的发展余地。3）应选择低耗节能型变压器，使配电变压器的容量和低压电网的供电范围相适应，三相负荷应尽量平衡、不得使用一相或两相供电，其中性线或保护中性线的电流，不应超过低压侧额定电流的25%。

（二）装设熔断器保护

变压器的过负荷电流超过其额定电流时，将使绕组发热，轻则影响其使用寿命，重则烧坏变压器。为了防止变压器过负荷，必要时予以调整解决，使日常的负荷虽略有高低，但不致有过负荷的情况发生。另一方面，常在配电变压器低压侧出线处装设熔断器保护，以便在其负荷超过额定值的一定数量时，启动熔断器的熔丝熔断而切断其负荷，然后及时地进行负荷调整处理，低压侧熔断器一般按变压器额定电流的120％来选择，即按过负荷的20％选择。由于公用配电变压器的低压侧一般未装设低压配电屏等设备，熔断器熔丝过大时，无法装设。因而，在配电变压器容量超过75kVA时，一般不装设低压侧的熔断器，而采用适当选择高压侧跌落式熔断器的办法来解决。此时，跌落式熔断器按其高压侧额定电流的1.3～1.5倍来选择。变压器的过负荷保护是反应变压器正常运行时的过载情况，一般动作于信号。配电变压器的过负荷电流在大多数情况下都是三相对称的，因此过负荷保护只需要在一相上装一个电流继电器，即用电流继电器来实现变压器的过负荷保护。为了防止短路时，发生不必要的信号，需装设一个时间继电器，使其动作时限大于过电流保护装置的动作时限，一般采用10～15s。

（三）防止配电变压器负荷不平衡运行

由于运行及管理不当或外力破坏等原因，低压导线断线、变压器缺相运行，修理不及时或现场临时处理，都可能造成某相长时间甩掉部分负荷，使配电变压器在不平衡状态下运行。为此要采取妥善措施防止配电变压器负荷不平衡运行。

五、如何减少配电变压器的损耗

（一）选取节能型变压器

节能型的变压器主要是采用的导磁与导电材料的技术来对变压器进行节能降耗的，另外还有非晶材料的发展，非晶材料的发展也在一定程度上促进了变压器的发展，自从1980年以来非晶合金铁芯的商业化促成了世界各地的几十万台的非晶合金的配电变压器的应用。铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si，B类金属元素所构成，它具有高饱和磁感应强度（1.54T），磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点所以非晶材料的变压器与传统的配电变压器相比，更容易节能降耗，是节能降耗中非常有效的方法之一。

（二）对变压器的运行方式进行合理的安排，保证变压器的经济运行

变压器的降耗优化的前提是必须保证设备的安全性和稳定性，以及高质量的供电，所以在优化的过程中要针对现实情况对变压器进行优化。在优化的过程中要对现有的一些设备进行改进，优化设备之间的连接状态，以及对变压器的最优的运行方式也要做好充分的检验，以达到变压器运行技术的完善，对变压器的运行进行降压节能，并且提高变压器的运行效率。

六、结语

总之，解决配电变压器过负荷，提高配电变压器负荷率的经济效益前景十分广阔，首先通过降低线损能给企业带来巨大的经济效益；其次提高配电变压器的利用效率，节省设备投资；最后提高配电变压器负荷率提高客户用电积极性，取得良好的社会效益，为企业的发展创造了广阔的前景。

参考文献

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[2]宋连库、王树声，配电线路实用技术，哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，2006.

[3]贺以燕，关于提高变压器可靠性的思考，变压器，2002.