淺析有載調容變壓器在低壓配電系統中的應用

劉明祥 孫建東 王江寧

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京210061）

0 引言

電力系統從發電、變電、輸電、配電到用戶用電，要進行多次升壓、降壓及逆變，不論哪種電壓變換，多多少少總有損耗，用電變壓器損耗較為明顯，約占系統發電量的10%。雖然用電變壓器技術成熟、轉換效率很高，但其數量多、容量大，故總損耗還是比較大的。據不完全資料統計，電網60%～65%的損耗中，約有70%損耗在變壓器上。如果變壓器損耗能降低1%，每年就可節約上百億度電。因此，國家電網公司在農村電網的第一期、第二期改造中，投入了大量資金將老式配電變壓器更換成新型節能型有載調容變壓器，用于降低農村電網的線損。我國農村電網負荷的季節性強、峰谷差較大，導致改造后農村電網配電變壓器的損耗仍然較大，造成了大量電力資源的浪費［1］。

1 節能型有載調容變壓器

節能型有載自動調容變壓器的產生，就是為了解決農網中“大馬拉小車”的問題。調容變壓器具有大小2種額定容量，額定容量的變比約為3∶1，2種額定容量運行方式可以自動無縫轉換。在輸出電壓不改變的情況下，實現變壓器容量大小的自動調節，小容量變壓器適應小負荷，大容量變壓器適應大負荷，可大大降低變壓器的損耗。尤其適用于用電季節性較強、用戶負荷波動較大、用電比較集中、平均負載率低的場合。因此，在低壓配電網中，該變壓器應用空間廣闊。

1.1 節能型有載調容變壓器的基本原理

節能型有載調容變壓器的基本設計原理是：變壓器的三相繞組在大容額定量狀態下組成三角形接法，小額定容量狀態下組成星形接法。每相繞組由2部分組成：一是少數線匝部分，二是多數線匝部分。大容量時，多數線匝部分并聯再與少數線匝部分串聯；小容量時，多數線匝部分串聯再與少數線匝部分串聯。

每相繞組的少數線匝部分約占27%，多數線匝部分約占73%。多數線匝部分導線的截面積約為少數線匝部分導線截面積的1／2。輸入、輸出公式如下：

式中，Uo為有載調容變壓器輸出電壓（V）；Uin為有載調容變壓器輸入電壓（V）；N1為有載調容變壓器輸入繞組；N2為有載調容變壓器輸出繞組。

節能型有載調容變壓器從大額定容量狀態調整為小額定容量狀態時，輸入繞組連接方式由三角形改為星形，則小額定容量狀態下Uin是大額定容量狀態下Uin的1／，小額定容量狀態下的輸出繞線匝數N2是大額定容量狀態下繞線匝數N2的倍，由于有載調容變壓器Uin和N2增加的倍數相同，從而保持輸出電壓Uo穩定不變。大額定容量調為小額定容量時，原理同大額定容量轉小額定容量原理。由于低壓繞組匝數的增加，空載損耗和空載電流相應降低，達到了降損節能的目的［2］。

1.2 節能型有載調容變壓器的技術特點

節能型有載調容變壓器（容量同于干式變壓器）相比于普通干式配電變壓器，有如下技術特點：

（1）節能型有載調容變壓器在同額定容量狀態下，各項性能指標略優于普通干式變壓器，因其繞組及結構原理的升級，使得空載損耗低，空載電流小，完美適應低壓配電網中負載率低的狀況，節能效果好。

（2）節能型有載調容變壓器的短路阻抗基本上接近于國內標準最小值。

節能型有載調配電變壓器，在大額定容量狀態下，負荷率低于額定容量的40%時，可及時調到小額定容量狀態，有效解決“大馬拉小車”的問題，同時其性價比高于傳統的“母子變壓器”。

1.3 節能型有載調容變壓器損耗分析

節能型有載調容變壓器是通過改變調容變壓器的額定容量達到節能的目的，大額定容量狀態下有載調容變壓器的空載損耗和負載損耗相對較大，小額定容量狀態下的空載損耗和負載損耗相對較小，其兩種損耗適用相同的公式損耗計算公式，僅僅參數有差異。

普通干式變壓器的電能損耗分為有功電能損耗和無功電能損耗，總損耗為有功損耗和無功損耗之和。節能型有載調容變壓器有2種額定容量，其每日電能損耗為其大額定容量電能損耗和小額定容量電能損耗之和。

普通干式變壓器的電能損耗計算公式如下：

式中，ΔΡ0D為變壓器空載有功損耗（kW）；TD為變壓器連接供電線路時間（h）；ΔΡKD為變壓器在額定負載時的有功功耗（kW）；SC為變壓器負載（kVA）；SN為變壓器容量（kVA）；τD為變壓器的最大負載損耗時間（h）；ΔQ0D為變壓器空載無功損耗（kW）；ΔQKD為變壓器在額定負載時的無功功耗（kW）。

節能型有載調容變壓器損耗計算公式為大額定容量普通干式變壓器損耗與小額定容量普通干式變壓器損耗之和，即：

式中，ΔS總為變壓器總電能損耗（kW）；ΔS高容量為高容量變壓器電能損耗（kW）；ΔS低容量為低容量變壓器電能損耗（kW）。

2 應用節能型有載調容變壓器的經濟效益

遼寧遼陽的科技示范項目中，就安裝了1臺節能型有載調容變壓器，容量為S9（315／100kVA），替換原有的普通干式變壓器，容量為S9（315kVA），圖1為有載調容變壓器現場運行圖。此節能型有載調容變壓器供應200多戶居民的正常供電，其絕大部分時間處于小負荷運行狀態，但在用電高峰期（早上06：00—08：00、中午11：00—13：00、下午17：00—21：00）、農忙期存在過負荷運行的狀況，影響了居民的正常用電。節能型有載調容變壓器投運一年以來，容量累計切換次數多達1 051次，大額定容量狀態下累計運行時間約1 311h，小額定容量累計運行時間約7 449h，平均每天大額定容量狀態下僅僅運行約4h，其余時間均在小額定容量狀態下運行，很好地解決了低壓配電側負荷不均衡造成的“大馬拉小車”問題，大大降低了變壓器損耗，節約了電能，提高了電能質量。

圖1 有載調容變壓器現場運行圖

由公式（2）、（3）計算可知，每臺S9（315／100kVA）節能型有載調容配電變壓器比同容量的S9（315kVA）型普通干式變壓器每年可節約電量約3 600kW·h。

3 結語

隨著國家電網公司發展重心的逐漸傾斜，節能、清潔、自動化愈加受到國家電網重視，國家在中、低壓配用電系統中的投資也會越來越大，其會呈爆炸式發展。而節能型有載調容變壓器的出現，完全滿足國家電網的節能、清潔、自動化發展需求，相信節能型有載調容變壓器的市場會越來越廣闊。

［1］王志鳳，王作軍，姚偉.有載調容變壓器在農村電網中的應用［J］.供用電，2009（5）

［2］孫海軍，郭慧.油田專用有載調容變壓器原理與性能分析［J］.變壓器，2002（11）