节能技术在电力变压器设计中的应用

2022-09-07弓耀波

新型工业化 2022年7期

弓耀波

玉门油田分公司乍得有限责任公司，甘肃酒泉，735000

0 引言

为加快国家经济发展速度，我国电网建设进程的推进越来越深入，各个地区电网建设项目逐渐增多，但由于电能需求量的日益增大，电能损耗问题也越来越严重，在这种损耗中，电力变压器的损耗影响颇大，所以应该合理制定变压器的节能措施。在电力变压器设计中，加强对节能技术的应用，在确保设备运行稳定性、安全性的基础上，增强电力变压器的节能性和经济性，延长设备的使用年限。

1 电力变压器概述

电力变压器主要是将电磁感应作为工作原理，具体如图1所示，两边为高压和低压绕组，原绕组连接电源，副绕组连接负载。W1为原绕组的匝数，W2代表副绕组的匝数，两绕组之间没有电方面的联系，只有磁的耦合。结合图1可看出，将一个正弦交流电压u1加在变压器的一次绕组两端，导线中将会产生交变电流i1以及交变磁通Φ，Φ沿着铁心穿过一次和二次绕组，最终形成闭合磁路。因为电磁感应在二次绕组中感应出互感电势 2σφ，一次绕组中感应出自感应电动势 1σφ，在此种情况下，将负载接入变压器的二次侧，二次绕组会产生电流i2，它的端电压u2属于变压器的输出电压，最终实现电能的快速传递。在实际中，因为变压器绕组的阻值较小，所以本身的压降也很小，仅考虑大小的情况下。由于变压器一、二次侧的电压比等于一、二绕组的匝数比，因此只要一、二次绕组的匝数比不等于1，便能达到变压的目的。如果一、二次侧的绕组匝数比大于1，属于降压作用，相反为升压作用[1]。

变压器对电能的变化会对功率的传输产生很大影响，发展前景广阔。通过分析表1明确，输送的功率与电网的电压等级有极为紧密的联系，

二者之间成正比例关系。在电能传输过程中，电压在不同条件下，能实现降压或者升压，不仅满足了人们的使用需求，也让设备的运行更加稳定，有助于设备经济性和安全性的提高。

表1 各种额定电压等级电网的输送功率和输送距离

2 电力变压器损耗情况分析

导致电力变压器运行过程中出现损耗的因素有很多，比较常见的主要有两种，一种为有功损耗，另一种为无功损耗。变压器在实际运行过程中，所形成的损耗为有功损耗，这种损耗通常分为铜损和铁损两种。铁损是指电力变压器在正常运行阶段铁芯出现发热问题。这种功能损耗是将热能扩散，如若情况严重，会影响电力变压器的运行效率，干扰工作的正常开展。铜损是指变压器在实际运行时，线圈电阻有损耗情况出现，诸如电流通过线圈电阻时，由于发散的热量较多，使得能量生成，在这种条件下，部分电能会转变为热能，最终出现能量的大量消耗，给设备的运行稳定性和安全性造成较大干扰[2]。

3 节能技术在电力变压器设计中的应用思路

3.1 利用新型材料与工艺降低能耗

在利用节能技术进行电力变压器设计过程中，可以加强对新型材料和工艺的利用，保证实现能源损耗全面降低的目的。

（1）及时更换导线。在对电力变压器设计期间，线路设计至关重要，可以说，线路的选择会直接关系到后续的设备能耗。因此为减小能耗，应该加强对新型材料的使用。在线路设计中的应用较为广泛，该材料可以在一定程度上降低变压器线圈内阻，能有效规避电力变压器中的损耗问题，达到节约变压器损耗的目的。现阶段，应用较为普遍的高温超导配电压器便是使用了无氧铜超导线材，不仅提升了电力变压器运行效率，也实现了从整体降低损耗的目标。

（2）加强对电力变压器磁体材料的优化和改进。现阶段，电力变压器对非晶合金材料的应用比较普遍，可以使变压器达到消磁的效果，有利于电力变压器运行稳定性和可靠性[3]。

（3）加强对新结构的布置。当前的电力变压器设计以及研究主要从两方面展开，分别为新型绕组结构以及新型线圈布置。需要对以往绕组结构综合考量，因为传统结构的谐波抗干扰能力较差，再加上运行过程中损耗很大，所以在设计期间，应该加强创新与优化，将电力变压器的实际情况作为基础，依照等级的不同，有侧重点地选择与利用绕组结构。通过使用自粘型的换位导线，让电力变压器漏磁导线的问题得到有效管控。通过使用这种方式，不仅可以使电力变压器的运行效益整体提高，还可以增强电力变压器运行稳定性、安全性以及可靠性。对于新型线圈的布置，主要是利用横向或者纵向的方式对电力变压器中的线圈合理布置，保证电力变压器运行期间的损耗程度能彻底降低[4]。

3.2 改善经济运行方式

在电力变压器设计以及实施期间，除了要保证应用的材料以及工艺合理之外，也要改善经济运行方式。与以往的电力变压器相比，合理应用无功补偿方式，能使电力变压器达到节能的效果。对电力变压器实施无功补偿，主要体现在两方面。一方面，集中补偿无功变压器。在实际操作期间，主要将并联电容器安装在高低压配电线路上。另一方面，分组补偿。所谓的分组补偿，具体是在配电变压器上合理安装变压器中的并联补偿电容器。借助这两种形式，不仅使电力变压器的节能降耗水平得以提高，而且有利于电力变压器输送功率的增加[5]。

4 节能技术在电力变压器设计中的应用对策

4.1 降噪技术的应用

电力变压器在实际运行阶段，噪声问题出现频率较高，诸如冷却、机械等噪音。噪声产生的途径有很多，例如机械噪音，是设备在运行期间内部钢片与框架出现振动问题产生的。设备实际运行阶段，内部钢片受到磁力的影响，导致机构发生振动现象，随着不同介质传播到物体中，设备的噪声越来越严重。冷却噪音主要与承接系统的运行有关，各设备在运行期间，诸如风扇机构、冷却机构等，在频繁的震动下会产生噪声。机构在运行期间，经常会发生周期性或者无规则性震动，如若不能及时处理，便会产生噪声污染。结合这两种噪声形式，在利用节能技术展开设计时，首先要加强对节能降噪技术的使用，依照电力变压器的具体设计要求，从不同层面和角度考量，增强设计的合理性、经济性以及节能性。

（1）及时更换变压器内部原有钢片，整体增强介质部件的密度，保证电力变压器装置会不受到电磁干扰。在电力变压器设计过程中，选择的材料要具有较强的导磁特点，借助变压器内部固件的电磁作用，降低材料的伸缩系数，提高部件运行的稳定性和可靠性，避免出现共振问题。

（2）隔离电力变压器内部导振部件，切除噪音的传染源，以便噪音在传播时能得到及时阻拦。在设计电力变压器时，可以在装置内的重要部位增加橡胶垫片，诸如钢板、铁芯等，保证整个装置可以具有良好的抗震性，为装置安全、稳定、可靠的运行打下良好基础。当然，还应该明确电力变压器内部的各个机械构件位置，系统且精准地对不同噪声源展开分析，掌握噪声源在传播过程中的浮动系数，采取科学的方式进行处理，以此提高电力变压器运行节能性和环保性，提升设计的水平和有效性。

4.2 降损技术的应用

电力变压器在工作期间，由于应用的功率较大，所以会出现损耗问题。运转期间，由于设备运行状态存在差异，使得设备运转存在诸多问题，但一般来说，主要是由于电气设备本身操作过程的不正常引起的，包括机械部分的影响、结构布局和电磁干扰等。所以，从降损方面考虑，在开展电力变压器设计期间，可以将重点放在关注空载与负荷两种运转情况。变压器在实际运行过程中，要想在空载工作的基础上达到节能降耗的目的，首先要改善电压器的结构，合理设计。也可以采取改变变压器连接对接角度的方式，将原本的90°改成45°，对角度的合理调整，能让变压器实现节能损耗的目的。还可以采用五级接法连接铁芯的焊缝处，达到减少能耗的目的。通过采用这种方法，能够使变压器内部各个元件的熔接联合程度得以改善，使变压器达到最小化的功率损失。在电力变压器设计期间，利用改变传统变压器闭合加紧的形式也能实现降耗的效果。应用扎带法对变压器中的组成部分进行捆绑，并通过这种方式，使电力变压器在运行过程中，整体能源损耗降低，避免因为击穿问题的发生导致变压器出现变形现象。在此期间，必须注意到变压器的磁通密度，充分考虑好现实的经济成本，使得变压器在空载工作的状况下，损耗率与磁密之间的关系始终处在合理状态，以此对因为变压器的磁密而引发的经济运行耗能加以优化。在电力变压器工作过程中，内部的组装必须具有较强的完整性，保证变压器能平稳运行，减少剐蹭等问题产生的影响[6]。

4.3 温控技术的应用

电力变压器在运行过程中，由于运转时间较长，所以内部结构组件会发生不同程度的变化，再加上长期磨损，组件之间的温度会逐渐升高，最终超过系统既定范围值，整个设备的使用寿命便会缩短，资源损耗度将严重增加。因此在进行电力变压器设计期间，可以采取对温度有效降低的方式，让装置内的系统温度发生改变，保证最终的温度可以和装置的运行指标吻合。通过对这种方式的有效利用，除了能促进电力变压器整体使用年限的延长之外，也有利于变压器运行效率的提高，真正达到设备运行节能降耗的目的。简而言之，可以围绕绕组的热驱特点，加强对温度的控制，严格依照标准和原则展开，合理分析设备的运行状态，借助温控技术对设备的运行情况进行模拟仿真，将变压器系统装置工作中形成的数据变动值精确反映出来，从而测算出在各种状况下整个系统内在工作温度和结构损坏程度相互之间的线性关联，并提出与之相符的处理对策，促进设备使用寿命的提升，增强设备运行质量和效果。在此阶段，充分利用先进技术手段，诸如磁屏蔽技术、物理降温技术等，保证磁通现象能彻底规避，从根源解决局部发热的问题，为变压器的正常运行提供基础[7]。

4.4 油替技术的应用

电力变压器在正常工作过程中，利用油替技术，有助于电力变压器绝缘隔离效果的增强，能让设备的运行始终处于稳定状态。结合我国现阶段配电变压器应用的技术标准来看，绝缘类介质燃点通常低于340℃，基于这一等级，电力变压器很难发生火灾事故。而油替技术就能够达到这一特质，由于油气技术具有很大的生物降解效率，可在25日之内实现95%的生物降解，该类物质和矿类物质相比，生成的污染更小。通过对油替技术的合理应用，电力变压器在设计过程中，可以干预感应电磁场，让电力变压器的交流电场始终处于均匀分布的状态。结合相关实验研究得知，油替技术与传统的技术相比，在使用过程中具有良好的稳定性，除了能让电力变压器的损耗整体降低之外，也有利于电力变压器运行稳定性和安全性的提升。电力变压器在日常工作过程中，应该从不同层面分析，依照具体工作状态，综合研究和考量，保证所选择的油替技术能更为科学，针对性更强，促进设计有效性的提高，为变压器运行节能目标的实现提供技术支持。