节能技术在电力变压器设计中的应用

节能技术在电力变压器设计中的应用

罗渊文

普洱市威特电力工程勘察设计所有限公司，云南省普洱市，665000

摘要：电力变压器由于承载长时间的运行压力，不仅会出现不同程度的耗损情况，还会造成噪声污染、能耗量高、局部温度过热等方面的问题。此类问题的出现既会减少电力变压器的使用寿命，还会影响电力变压器正常的工作效率以及人们的正常生产和生活。因此，有必要在电力变压器设计中应用节能技术。

关键词：节能技术；电力；变压器设计；应用

1电力变压器概述

1.1电力变压器运行原理

变压器处于运行状态时会产生电磁感应。如果绕组接通交变电压，则产生的电具有突变性，此时在铁芯中会有流动的电流，其频率等同于电源电压的频率，产生交变磁通。变压器有电能传递，电压等级各有不同，绕组电压频率相同的情况下会有感应电势产生，在感应相同的情况下就会有交流电产生。

1.2配电变压器损耗

变压器运行过程中产生损耗时，对配电产生影响的因素主要为两个，即无功损耗和有功损耗。当变压器处于实际运行状态时，会有损耗产生，这就是有功损耗。有功损耗包括两方面，即铜损和铁损。其中铁损包括两方面，即磁滞损耗和涡流损耗。变压器运行过程中，变压与能量传递过程会有无功损耗产生，此时的变压器并不存在实质意义上的有功功率。

2节能技术在电力变压器设计中的应用

2.1选择新型节能材料

2.1.1使用新型导线

在进行电力变压器的线路设计时可以选择无氧铜材料，无氧铜材料的最大优点就是可以辅助电力变压器降低线圈内阻。内阻降低之后，电力变压器的铁损和铜损都会降低，也就达到了降低损耗的目的。现阶段，我国正在使用的高温超导电力变压器就是采用了超导型线圈材料，这种材料可以有效降低或者避免电力变压器出现短路情况，也能帮助电力变压器减少损耗。

2.1.2优化磁体材料

对电力变压器中使用的磁体材料进行升级也能实现节能，降低耗损。例如：现阶段在电力变压器里应用的非晶合金材料，就能很好地辅助电力变压器消磁，节能降损效果明显且可靠。

2.2利用降噪技术进行电力变压器设计

通过对变压器结构进行分析可知，变压器运行过程产生噪声的一个重要原因是机械设备运行中发出很大的声音，或者机械设备在冷却过程中产生噪声。前者是由于设备中安装有钢片，钢片在振动的过程中与设备框架形成共振，就会产生噪声。变压器运行中钢片会产生磁力，影响固定钢片的垫脚机构，振动过程中会产生应力，应力在不同的介质中传播，就会形成很大的噪声。承接系统中的各个部件温度下降，无论是风扇机构还是冷却机构都会发生振动，产生冷却噪声。这种振动是没有规则的，也不存在周期性。

基于以上分析，变压器设计过程中可采用以下三个方式对降噪技术进行合理运用。

a)调整变压器内部的钢片结构，使介质部件有较高的密度，即便电磁对装置产生影响，所产生的噪声也会降低。可以合理使用导磁材料，变压器受到电磁作用时，内部各构件都会发生变化，材料韧性降低，伸缩幅度缩小，使部件有较高的稳定性，这样就不会发生共振。

b)调整变压器中的电磁结构。铁芯结构体积压缩，铁芯就会产生声音，该声音的频率非常高，不能与系统噪声产生共振。通过采用这种方式，使变压器内部导体结构改变，磁通密度也相应地有所变化，磁密宽度阈值提高。

c)在变压器内部设置对振动发挥导向作用的部件，可以起到很好的隔振作用，从而去除噪声源，阻碍噪声传播。具体工作中，在变压器装置中的铁芯、钢板等关键部位安装橡胶垫片，有效提升抗振性能。此外，要确定变压器中各项机械构件的具体位置，噪声源不同，传播浮动系数也会存在差异，对于此需要认真分析，将阻尼点选择出来，采用有效方式降低噪声，从而获得良好的节能效果。

2.3从节能理念出发的电力变压器降损技术设计

（1）空载情况下，空载运行过程中的降损设计可以从改变铁芯的连接形式着手，必须确定铁芯介质的导磁方向是统一的，因为反方向导磁就是会增加耗损。连接缝的对接角度最好是45°，因为研究显示，45°的连接缝角度与90°的连接缝角度相比能降低能耗2.6%。使用五级接法焊接铁芯焊缝，进一步增强零部件之间的融合程度，避免因融合不佳造成耗损提升。使用黏带法对加紧零部件进行捆绑，避免因过度击穿出现零部件变形，造成严重损耗。磁通密度选择，既要考虑经济成本，又要考虑线性关系，要保证在电力变压器空载运行情况下，设备所呈现的损耗率与磁密达到1:1.252的线性关系，降低磁密影响。同时，在进行零部件的制造过程中，必须要保证零部件的完整性，保证零部件表面没有刮损，避免因再次受力问题后续导致零部件再次变形，内应力畸变。（2）负载情况下，可以优化线圈绕组结构，通过增大线圈的流通量，保证线圈所产生的磁通力与整个电力变压器系统所产生的磁通力存在一个均衡状态。借助磁力的分化效果，可以避免电力变压器在运行过程中局部装置出现过热的情况。也因为在线圈安全结构调整过程中，会因电压属性不同绕组结构性能也会存在差异。所以，要按照电力变压器的实际结构情况采取针对性的改进措施，其主要目的是提升系统的传输性能。为进一步提升降损设计方案的可操作性，可以借助现代化软件对变压装置进行参数界定，在仿真模拟的状态下完成各种不同荷载工况的测试，进一步确定机构部件的磁力系数，然后通过调整部件位置，影响漏磁流量和线感电流，分析出不同传输状态下，构件的不同导磁能力，将通过模拟测试所得出的参数值与设计参数值进行比较，如果差异在浮动范围之内，说明设计方案具可操作性。

2.4利用温度控制技术进行电力变压器设计

变压器处于长期持续的运行状态，其内部元件必然会受到影响，主要体现为温度上升，磨损加重。一旦温度超过规定的系统极限值，就会对整个装置造成严重影响，缩短寿命。采取有效措施适当地降低温度，确保装置中系统温度变化情况符合实际要求，充分发挥变压器的各项功能，延长使用寿命，使运行成本适当地降低。具体而言，可以根据绕组的热驱动特性对温度予以控制，如果处于升温状态，则需要控制好幅度。在这个过程中，可以采用模拟操作的方法，对设备运行状态使用计算机仿真软件模拟，更加准确地绘制出变压器装置运行中发生的变化，采用数据信息表示变化情况，将不同环境条件下的系统温度计算出来，分析系统温度与部件磨损程度的线性关系，基于此制定相应的解决方案。此外，可采用外部冷却的方法，发挥物理冷却的作用使绕组构件的热源产生点不再维持高温状态，组件安全运行，以更好地发挥设备的各项功能，延长使用寿命。对机组电力分布情况予以重视，灵活运用物理冷却技术及磁屏蔽技术，有效解决出现磁通现象时的局部发热问题。

2.5从节能理念出发的电力变压器合理选择

在目前多种类型的节能电力变压器中，超导节能变压器和非晶态节能变压器是节能效果较为理想的节能变压器设备。非晶体合金是指高温钢水在极短距离内实现溶解降温之后，它的金属分子结构在固化剂的影响下会迅速溶解成无序的电子排列，最后产生一种非晶体合金材料，这种材料不仅结构特别，软磁性也很突出，用非晶体合金材料加工制造的机械设备，能直接降低电能消耗。同时，与传统的合金材料相比，非晶体合金材料它的空载功率降耗一般能达到60%～80%之间，可见，节能效果是非常明显的。

结论

随着社会的低碳化发展，越来越多的人树立了环保理念。电力变压器的设计中应强调节能性，不断优化各项功能，推进电力行业的良性发展。电力企业要实现这一目标，就要积极改进技术，采用先进的工艺使设备运行过程中能耗降低，使电力系统处于低成本运行状态，损耗控制在最低，使经济效益得到提高。

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