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【摘要】变压器是电力系统中的主要设备之一，我国农村电网具有负荷分散、季节性强、平均负荷率低的特点，合理利用配电变压器对农村电网电能损耗管理起到了与足轻重的作用。本文系统论述了各种型号变压的特点，重点阐述了调容变压器的结构、原理和所创造的经济效益，并对调容变压器在今后的农村电网中的广泛应用进行了预测和分析。
【关键词】调容变压器节能效益发展
[Abstract] transformer is one of the main equipment of power system, the rural power grid in China has the characteristics of load distribution, seasonal, average load rate is low, the rational use of distribution transformer in rural power loss management plays and important role. This paper expounds the characteristics of various types of transformer, focuses on the capacity regulating transformer structure, principle and creating economic benefits, wide application and switch capacity transformer in rural power grid in the future is predicted and analyzed.
[keyword] capacity regulating energy saving transformer development
中图分类号：TM423文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 前言
变压器是一种改变电压、传输电能的静止感应电器，目前配电变压器在农网运行中数量较多，变压器的损耗在配电线路线损管理中占较大比例，一直以来国家投入大量资金淘汰了S7、S8及其他型号的高耗能配电变压器，而在农网改造工程中大量使用S9、S11型配电变压器，近期农网升级改造中非晶合金配电变压器也在逐步投入运行，在农网建设与改造中所选用的变压器都是符合农网的负荷特点，进一步降低变压器的空载损耗和空载电流，使农网配电线路的线损管理得到了明显的改善。随着国家经济与科技的不断发展，农村大量农民工进城务工，造成夏、冬高峰与春、秋季节性负荷差异，且配变的平均负荷与高峰负荷同样存在较大的差别，导致大多数农网配电变压器在正常时轻载，在负荷高峰时重载或过载的异常现象，从而使农网配电变压器仍然存在较严重的电力资源浪费。
2 变压器损耗的特征
P0——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；
磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。
涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。
Pk——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。
负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。
变压器的全损耗ΔP=P0+Pk
变压器的损耗比=Pk /P0
变压器的效率=PZ/（PZ+ΔP），以百分比表示；其中PZ为变压器二次侧输出功率。
3 与节能变压器性能对比
S11系列低损耗配电变压器是新型节能变压器，与S9系列低损耗变压器相比，每台配电变压器年损耗平均低10.85%，每千伏安平均降低2.16元。由于S11配变使用的卷铁芯，在线圈绕制时其导线的紧力受到制约，使线圈的加工较困难，特别是大容量的配变。
除了传统铁芯钢材制作的变压器之外，最近几年还生产出一种以全新电工钢材——非晶态钢铁芯制成的配电变压器，它的空载损耗只有传统钢材铁芯变压器的1/10。由于这种非晶态钢在加工上很困难，且特别容易破碎，因此变压器造价较普通变压器高许多，限制了此类配变的推广、应用领域。
调容变压器是一种具有大小两个容量，并可根据负荷大小，利用专门的调容开关来变换绕组的连接方式，从而进行无励磁调整运行状态，能够改变用电中变压器长时间处于轻载运行状态的不合理现象，无论从经济上、性能上还是操作上，都明显优于“母子变压器”交替使用的方法，对于农网中用电、季节性明显的状况有较好地适用性。
4 调容变压器
目前在国内小容量无载调容变压器技术已经成熟，运行稳定可靠，有较好地推广环境。
4.1工作原理
調容变压器采用了两种连接组别号，大容量时为D，yn11，而小容量时为Y，yn0.如果大容量调为小容量，高压绕组连接方式由△接改变为Ｙ接，相电压就相应地为大容量时的1/√3，低压侧输出电压也就会同倍数降低。为稳定输出电压，调容配电变压器的绕组采用特殊的连接方式，高压绕组在大小容量时匝数不变，仅改变其连接方式，而低压绕组不改变其连接方式，将其总匝数分为73%和27%两部分，并把73%部分设计为两股并联绕制，每股导线的截面积约为27%部分导线总截面积的一半。在大容量时，并联的73%部分与另外的27%的线匝串联起来（视为100%）运行；在小容量时，并联的73%部分转为串联，再与另外和27%的线匝串联起来（视为173%）运行，这样低压绕组的匝数就增为原来（大容量时）的1.73（约为√3）倍，使低压侧电压同倍数增加，抵消了高压绕组由△接改变为Ｙ接时，相电压降为1/√3倍的因素，使输出电压保持稳定不变。
高压绕组连接方式的改变、低压绕组并、串联的转换以及各分接部分的调整均由特制的无励磁调容开关完成。同时大容量调为小容量时，由于低压匝数的增加，铁芯磁通密度大幅度降低，而使硅钢片单位损耗变小，空载损耗和空载电流也就降低了，达到降损节能的目的。
4.2 调容变压器的特点
4.2.1 安装造价
调容变压器与同容量“母子变压器”的价格相差无几，但在安装使用过程中，减少综合配电箱一台、电能计量箱一台、配变台架一套、跌落式熔断器、避雷器各一组、及设备金具及接地金具套，大大减少了工程项目投资。
4.2.2 节能效果
以200kVA配电变压器为例，每天运行24小时，一年运行按360天计算，因空载损耗在配变运行时长期存在，年空载损耗时间为8640小时，根据负载损耗是与电流的平方成正比的规律，则实际负载损耗额定负载损耗的1/4，则等效满载小时数为360×24×1/4=2160小时。
根据以下公式可得出普通配电变压器的年损耗值，即：
P1=8640×〔P0+（0.05×I0×Sn）/100〕+2160×〔Pk+（0.05×Uk×Sn）/100〕
其中：P0——变压器空载损耗（kW）
Pk——变压器负载损耗（kW）
I0——变压器空载电流百分数
Uk——變压器短路阻抗百分数
Sn——变压器额定容量
以额定容量为200kVA普通配电变压器为例，则：
单台S9型普通配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.48+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=12204kW·h
单台S11型普通配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.34+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=10994kW·h
单台SH15型非晶合金配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.12+（0.05×0.7×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=8402kW·h
而采用调容变压器，每天在小容量运行16个小时，在大容量运行8个小时计算，则单台200（63）kVA调容变压器年损耗为：
P2=｛8640×〔0.34+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕｝×8/24+｛8640×〔0.15+（0.05×0.7×63）/100〕+2160×〔1.04+（0.05×4×63）/100〕｝×16/24
=6335kW·h
附表：各型号配变参数及年损耗统计表
从上表可见：单台200kVA调容变压器较S9型配变年节能5869 kW·h，年节约资金3286元（按照明电价0.56元/kW·h ）；较S11型配变年节能4660 kW·h，年节约资金2609元；较SH15型非晶合金配变年节能2068 kW·h，年节约资金1461元。
4.3调容变压器的发展前景
从节能技术、建设投资及实际运行上比较，调容变压器具有损耗小、投资小、供电方式灵活、稳定可靠等优点；调容变压器大小两容量可根据负荷情况进行无励磁调整，使变压器保持在经济运行状态，操作简单、运行可靠。尽管近年来由于变压器铁芯材料及绝缘材料的不断更新换代，相继推出了S13、S15系列变压器，同时这为调容变压器的推广应用提供了很好的机遇，作为降低配变损耗的新型设备，比较适合农网季节性负荷变化大的特点，在农网建设及改造工程中具有广泛的推广前景。
【关键词】调容变压器节能效益发展
[Abstract] transformer is one of the main equipment of power system, the rural power grid in China has the characteristics of load distribution, seasonal, average load rate is low, the rational use of distribution transformer in rural power loss management plays and important role. This paper expounds the characteristics of various types of transformer, focuses on the capacity regulating transformer structure, principle and creating economic benefits, wide application and switch capacity transformer in rural power grid in the future is predicted and analyzed.
[keyword] capacity regulating energy saving transformer development
中图分类号：TM423文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013）
1 前言
变压器是一种改变电压、传输电能的静止感应电器，目前配电变压器在农网运行中数量较多，变压器的损耗在配电线路线损管理中占较大比例，一直以来国家投入大量资金淘汰了S7、S8及其他型号的高耗能配电变压器，而在农网改造工程中大量使用S9、S11型配电变压器，近期农网升级改造中非晶合金配电变压器也在逐步投入运行，在农网建设与改造中所选用的变压器都是符合农网的负荷特点，进一步降低变压器的空载损耗和空载电流，使农网配电线路的线损管理得到了明显的改善。随着国家经济与科技的不断发展，农村大量农民工进城务工，造成夏、冬高峰与春、秋季节性负荷差异，且配变的平均负荷与高峰负荷同样存在较大的差别，导致大多数农网配电变压器在正常时轻载，在负荷高峰时重载或过载的异常现象，从而使农网配电变压器仍然存在较严重的电力资源浪费。
2 变压器损耗的特征
P0——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；
磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。
涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。
Pk——负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；（并用标准线圈温度换算值来表示）。
负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。
变压器的全损耗ΔP=P0+Pk
变压器的损耗比=Pk /P0
变压器的效率=PZ/（PZ+ΔP），以百分比表示；其中PZ为变压器二次侧输出功率。
3 与节能变压器性能对比
S11系列低损耗配电变压器是新型节能变压器，与S9系列低损耗变压器相比，每台配电变压器年损耗平均低10.85%，每千伏安平均降低2.16元。由于S11配变使用的卷铁芯，在线圈绕制时其导线的紧力受到制约，使线圈的加工较困难，特别是大容量的配变。
除了传统铁芯钢材制作的变压器之外，最近几年还生产出一种以全新电工钢材——非晶态钢铁芯制成的配电变压器，它的空载损耗只有传统钢材铁芯变压器的1/10。由于这种非晶态钢在加工上很困难，且特别容易破碎，因此变压器造价较普通变压器高许多，限制了此类配变的推广、应用领域。
调容变压器是一种具有大小两个容量，并可根据负荷大小，利用专门的调容开关来变换绕组的连接方式，从而进行无励磁调整运行状态，能够改变用电中变压器长时间处于轻载运行状态的不合理现象，无论从经济上、性能上还是操作上，都明显优于“母子变压器”交替使用的方法，对于农网中用电、季节性明显的状况有较好地适用性。
4 调容变压器
目前在国内小容量无载调容变压器技术已经成熟，运行稳定可靠，有较好地推广环境。
4.1工作原理
調容变压器采用了两种连接组别号，大容量时为D，yn11，而小容量时为Y，yn0.如果大容量调为小容量，高压绕组连接方式由△接改变为Ｙ接，相电压就相应地为大容量时的1/√3，低压侧输出电压也就会同倍数降低。为稳定输出电压，调容配电变压器的绕组采用特殊的连接方式，高压绕组在大小容量时匝数不变，仅改变其连接方式，而低压绕组不改变其连接方式，将其总匝数分为73%和27%两部分，并把73%部分设计为两股并联绕制，每股导线的截面积约为27%部分导线总截面积的一半。在大容量时，并联的73%部分与另外的27%的线匝串联起来（视为100%）运行；在小容量时，并联的73%部分转为串联，再与另外和27%的线匝串联起来（视为173%）运行，这样低压绕组的匝数就增为原来（大容量时）的1.73（约为√3）倍，使低压侧电压同倍数增加，抵消了高压绕组由△接改变为Ｙ接时，相电压降为1/√3倍的因素，使输出电压保持稳定不变。
高压绕组连接方式的改变、低压绕组并、串联的转换以及各分接部分的调整均由特制的无励磁调容开关完成。同时大容量调为小容量时，由于低压匝数的增加，铁芯磁通密度大幅度降低，而使硅钢片单位损耗变小，空载损耗和空载电流也就降低了，达到降损节能的目的。
4.2 调容变压器的特点
4.2.1 安装造价
调容变压器与同容量“母子变压器”的价格相差无几，但在安装使用过程中，减少综合配电箱一台、电能计量箱一台、配变台架一套、跌落式熔断器、避雷器各一组、及设备金具及接地金具套，大大减少了工程项目投资。
4.2.2 节能效果
以200kVA配电变压器为例，每天运行24小时，一年运行按360天计算，因空载损耗在配变运行时长期存在，年空载损耗时间为8640小时，根据负载损耗是与电流的平方成正比的规律，则实际负载损耗额定负载损耗的1/4，则等效满载小时数为360×24×1/4=2160小时。
根据以下公式可得出普通配电变压器的年损耗值，即：
P1=8640×〔P0+（0.05×I0×Sn）/100〕+2160×〔Pk+（0.05×Uk×Sn）/100〕
其中：P0——变压器空载损耗（kW）
Pk——变压器负载损耗（kW）
I0——变压器空载电流百分数
Uk——變压器短路阻抗百分数
Sn——变压器额定容量
以额定容量为200kVA普通配电变压器为例，则：
单台S9型普通配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.48+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=12204kW·h
单台S11型普通配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.34+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=10994kW·h
单台SH15型非晶合金配电变压器年损耗为：
P1=8640×〔0.12+（0.05×0.7×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕
=8402kW·h
而采用调容变压器，每天在小容量运行16个小时，在大容量运行8个小时计算，则单台200（63）kVA调容变压器年损耗为：
P2=｛8640×〔0.34+（0.05×1.5×200）/100〕+2160×〔2.73+（0.05×4×200）/100〕｝×8/24+｛8640×〔0.15+（0.05×0.7×63）/100〕+2160×〔1.04+（0.05×4×63）/100〕｝×16/24
=6335kW·h
附表：各型号配变参数及年损耗统计表
从上表可见：单台200kVA调容变压器较S9型配变年节能5869 kW·h，年节约资金3286元（按照明电价0.56元/kW·h ）；较S11型配变年节能4660 kW·h，年节约资金2609元；较SH15型非晶合金配变年节能2068 kW·h，年节约资金1461元。
4.3调容变压器的发展前景
从节能技术、建设投资及实际运行上比较，调容变压器具有损耗小、投资小、供电方式灵活、稳定可靠等优点；调容变压器大小两容量可根据负荷情况进行无励磁调整，使变压器保持在经济运行状态，操作简单、运行可靠。尽管近年来由于变压器铁芯材料及绝缘材料的不断更新换代，相继推出了S13、S15系列变压器，同时这为调容变压器的推广应用提供了很好的机遇，作为降低配变损耗的新型设备，比较适合农网季节性负荷变化大的特点，在农网建设及改造工程中具有广泛的推广前景。