摘要：根据变压器效率的计算公式，指出降低铜损是提高变压器效率的关键。针对铜损的两大组成部分，即绕组的直流电阻损耗及漏磁场引起的涡流损耗，分析了三相不平衡对两者的影响，得出了三相不平衡度越大，损耗越大的结论。同时，提出了提高变压器运行效率的措施，对于配电运维单位做好变压器的监测维护工作有一定的参考价值。

关键词：配电变压器;三相不平衡;运行效率;损耗

0 引言

配电变压器损耗占配网整体损耗的很大一部分，因此降低配电变压器损耗，使配电变压器运行在高效率区段，对于保证配网的经济运行具有举足轻重的作用。在配电变压器运行过程中，电压大小、运行温度、三相不平衡、负载功率因数等都是影响变压器运行效率的因素，本文将着重分析三相不平衡对变压器运行效率的影响。

1 配电变压器效率计算

根据变压器效率的定义，其计算公式为：

式中，P1、P2分别为一次侧的输入功率及二次侧的输出功率;ΔP为变压器总损耗，约等于铁损PFe与铜损PCu之和。铁损只与变压器的电压相关，在正常运行时，电压可认为是基本不变的，因此铁损可看成是固有损耗，近似于空载损耗。因此，提高变压器效率主要在于降低铜损大小。

2 三相不平衡对铜损的影响

铜损主要由两部分组成，一是绕组的直流电阻损耗，二是漏磁场在油箱等器件上产生的涡流损耗。其余杂散损耗数值较小，本文暂不讨论。在三相负荷平衡时，只有很小的漏磁场，故与之相关的涡流损耗可忽略不计，铜损约等于直流电阻损耗。然而，在三相不平衡时，附加产生的直流电阻损耗、漏磁场增大导致的涡流损耗都需要加以考虑。

首先讨论三相不平衡产生的直流电阻损耗。以配网中常见的Yyn0接线组别分析，其接线图及零序等值电路如图1所示。

假设变压器一次侧三相直流电阻均为R1，二次侧三相直流电阻均为R2，则变压器一次侧的直流电阻损耗为：

从式（1）可以看出，当三相负载由小变大时，造成的损耗也会随之增加，跟随负载变化而变化的损耗可称之为负载损耗。同时，三相不平衡运行也从另一方面产生损耗叠加在负载损耗之上。从数学的角度，在I2 A+I2 B+I2 C最小时，对应的必然是三者相等的情况，对应实际即是三相平衡的工况。为方便讨论，设算例中R1=1，IA=1，IB=1.3，IC=0.7，可得：

而三相平衡时，Pk1=1，可以看出，三相不平衡造成了直流电阻损耗的增加。有学者指出，在更具体的量化计算中，计及两侧的损耗增加量为：

继续讨论漏磁场增大导致的涡流损耗。三相变压器铁芯有三柱式、四柱式等形式，配电变压器一般采用三相三柱的结构形式，这种形式的特点是三相绕组共用铁芯，零序磁通没有通道流通，因此零序电流产生的零序磁通在铁芯中不能形成回路，全都以漏磁通的形式通过铁芯以外的油箱等器件形成闭合回路。当零序磁通穿过回路中的铁磁材料时，会在材料内部感应出涡流，进而带来损耗。简单来说，即是由零序电流产生的零序损耗。根据对称分量法，零序电流为：

理想情况下，变压器三相平衡运行时，三相电流的相量和为零，不存在零序电流，也不会产生零序磁通及涡流损耗。但当三相出现不平衡时，零序电流也随之出现并带来损耗。随着不平衡程度的增大，零序电流及涡流损耗也会大幅增加。零序损耗可量化为：

式中，R0是经测量得到的零序电阻。

在相关团队试验研究中，得出了在不同的不平衡度下各类损耗的占比。不同平衡度条件下的各类损耗占比如图2所示，可以看出，空载损耗始终不变，负载损耗随着不平衡度的增加也有一定幅度的增长，而由三相不平衡造成的零序损耗在不平衡度增大的情况下急剧提升，其影响远大于其他两类损耗。

3 提高配电变压器运行效率的措施

基于以上分析结果，在变压器设计、运维等阶段，应尽量使三相平衡，这是降低变压器损耗、提高变压器运行效率的有效方法。具体来说，可以采用以下措施：（1）网架建设时，6户以上不宜使用单相供电方式，尽量使用户用电三相平衡;（2）加强用户管理，掌握临时用电客户的情况，合理分配负荷;（3）重视无功补偿装置的管理，利用无功补偿促进三相平衡;（4）视情况采用相间耦合电抗器对不平衡负荷进行补偿，降低三相不平衡度;（5）重视中性线电流的测量与监视，中性线电流作为三相不平衡的直接表征，电流值有异常变化时要立即采取措施;（6）优化配电变压器的设计及制造工艺，降低涡流损耗;（7）电气企业在开展工程建设时，优先采用S11系列等低损耗变压器。

4 结语

三相不平衡与变压器运行效率间存在紧密的联系，不平衡度越高，变压器损耗越大，变压器运行效率就越低。为建设绿色电网，实现降本降耗的目标，电力企业应采取多种措施使三相负荷尽量平衡。

[参考文献]

[1] 闫志强，雷霞，何建平，等.三相不平衡对配电变压器损耗影响的研究[J].电测与仪表，2017，54（16）：43-49.

[2] 姚伟，张玉良.基于功率的三相不平衡度对变压器效率的影响研究[J].价值工程，2014（26）：59-60.

[3] 任遠，车征.论变压器损耗及降损措施[J].科技致富向导，2015（5）：60.

[4] 邓子剑.配电变压器运行效率分析[J].华东科技（学术版），2014（11）：248-249.

[5] 姚伟，张玉良.三相负荷不平衡损耗、不平衡度、效率计算与节能[J].价值工程，2014（25）：22-23.

[6] 陈伟国.三相不平衡对配电变压器损耗影响的分析[J].低碳世界，2017（35）：76-77.

收稿日期：2020-03-21

作者简介：赖哲（1990—），男，广东茂名人，工程师，研究方向：配网运维。