電力變壓器的損耗研究與優(yōu)化方法

楊洋

摘 要：電力變壓器在電力系統(tǒng)具有十分重要的作用，是電網(wǎng)運(yùn)行過程中重要組成部分。變壓器設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)包括電力生產(chǎn)過程、電力輸送過程以及電力分配過程，每一環(huán)節(jié)都需要經(jīng)過變壓器的處理才能確保安全穩(wěn)定的使用。我國電網(wǎng)的發(fā)展速度隨著社會(huì)的發(fā)展也不斷加快，由于一次能源使用量越來越大，石油和煤炭的需要量逐漸擴(kuò)大，資源使用量過大導(dǎo)致的資源短缺問題也越來越多的受到重視，因此在電力系統(tǒng)采用節(jié)能型變壓器的需求也越來越高。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；損耗；研究；優(yōu)化

電力變壓器在實(shí)際生活中具有十分廣泛的應(yīng)用效果，沒有變壓器的參與電網(wǎng)的運(yùn)行將會(huì)陷入癱瘓，因此變壓器在整體電網(wǎng)中的作用十分明顯。隨著社會(huì)發(fā)展速度的不斷增加，人們對(duì)于環(huán)境問題和資源問題的重視程度不斷提高，變壓器在使用過程中，可能存在的不必要的資源損耗導(dǎo)致?lián)p耗較大，因此需要對(duì)其進(jìn)行一定措施的處理。目前國內(nèi)外的研究人員關(guān)于電力變壓器漏磁以及附加損耗的研究相對(duì)比較多，但是由于本身的計(jì)算方法存在一定的誤差，因此還沒有良好的對(duì)這一問題解決，在目前的變壓器設(shè)計(jì)和制造過程中，還沒形成一個(gè)系統(tǒng)化的全面計(jì)算軟件，變壓器的設(shè)計(jì)人員大部分采用過去的解析方法和半經(jīng)驗(yàn)法來進(jìn)行計(jì)算處理。解析法的作用在于其本身雖然有比較多的簡化計(jì)算和假設(shè)，因此本身對(duì)于復(fù)雜的工程問題不能保證具有足夠的精確度，但是本身的物理模型比較清晰，因此在實(shí)際使用過程中，相對(duì)比較普遍。

1 降低電力變壓器負(fù)載損耗的研究

變壓器負(fù)載損耗指的是額定電流和參考溫度下的損耗。額定電流指的是在進(jìn)行側(cè)分接是只能是主分接，不能利用其它的分接措施。參考溫度的參考標(biāo)準(zhǔn)是對(duì)于變壓器材料本身絕緣效果的耐熱性。

1.1 負(fù)載損耗分析

變壓器存在負(fù)載耗損的位置包括四個(gè)部分，分別是繞組導(dǎo)線環(huán)流和渦流損耗、引線損耗以及漏磁在鋼鐵結(jié)構(gòu)件中出現(xiàn)的雜教損耗。通長情況下，格電阻損耗被稱為基本損耗，其他的損耗成為附加損耗，基本損耗在整體的負(fù)載損耗中占據(jù)比較大的部分。在過去的研究資料中，通常會(huì)把線圈中的損耗成為線圈渦流損耗，而對(duì)除了線圈之后的其余金屬結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生的附加損耗成為雜散損耗。由于線圈本身與導(dǎo)線之間的關(guān)系是并聯(lián)的，因此將線圈附加損耗再次進(jìn)行細(xì)分，環(huán)流和渦流兩種損耗說明的是兩種不同的漏磁效應(yīng)。環(huán)流損耗是兩者之間成并聯(lián)關(guān)系的導(dǎo)致形成的回路電流產(chǎn)生的損耗值，后一種在各個(gè)導(dǎo)體體積電流的損耗值。

1.2 渦流損耗

由于變壓器的漏抗是由漏磁場的大小以及分布情況所確定的，同時(shí)漏抗的大小也能決定變壓器的阻抗值，因此可以通過漏磁場的情況來分析變壓器附加損耗的變化規(guī)律。漏磁場在然組中會(huì)形成一定的渦流損耗，在油箱和結(jié)構(gòu)件中會(huì)存在部分雜散損耗。

1.3 環(huán)流損耗

隨著變壓器總體制造容量的提高，計(jì)算技術(shù)的發(fā)展水平逐漸上升，為更深入的研究附加損耗提供了基礎(chǔ)。與此同時(shí)由于在電力行業(yè)中公認(rèn)的在漏磁場和渦流場中計(jì)算存在較大的暗度，因此很多專家都想要攻克這一難題，使得目前的變壓器技術(shù)研究呈現(xiàn)白熱化的形式，但是對(duì)于線圈環(huán)流問題的研究卻沒有更多的關(guān)注度。雖然在某些理論研究中得出了相應(yīng)的結(jié)論，但是沒有引起較大的反響，因此在很長時(shí)間內(nèi)都沒有得到改進(jìn)。在變壓器制造廠中仍然按照過去的經(jīng)典的方法來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)計(jì)算工作，因此計(jì)算環(huán)流耗損的公式也是將漏磁場進(jìn)行假設(shè)之后推導(dǎo)出來的，本身的局限性比較明顯，只能得出一個(gè)比較接近的數(shù)據(jù)，不能準(zhǔn)確的得到結(jié)論。

2 220KV電力變壓器負(fù)載耗損超標(biāo)分析

通常情況計(jì)算安匝平衡時(shí)都是利用手冊(cè)結(jié)合線匝的排布情況進(jìn)行計(jì)算，將其分割成幾個(gè)部分來計(jì)算，認(rèn)為每個(gè)部分內(nèi)安匝是均勻分布的，其次調(diào)整每個(gè)繞組所對(duì)應(yīng)高度的值，使其能夠比較接近或者相等，從而更準(zhǔn)確的計(jì)算安匝占繞組總安匝百分?jǐn)?shù)的比值，同時(shí)計(jì)算然組之間的不平衡安匝，根據(jù)這些數(shù)據(jù)來繪制平衡安匝分布圖，最后利用安匝平衡計(jì)算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)公式來確定繞組軸向力和輻向力的大小。如果能夠有效的滿足要求，則說明該方法可行；如果不能滿足實(shí)際要求，則需要對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

通過漏磁場有限元分析軟件展示出的圖形可以發(fā)現(xiàn)漏磁場的分布情況與磁勢的分布存在著一定的差別，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式帶來的誤差明顯放大。通過漏磁場分析軟件來對(duì)相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)根據(jù)不同的產(chǎn)品進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過對(duì)比之后發(fā)現(xiàn)不平衡安匝以及邊界條件確定的輻向漏磁在繞組中產(chǎn)生的影響是巨大的。

3 變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)

變壓器的主要構(gòu)成部分是貼心和繞組兩個(gè)部分，在性能的提升方面需要參考比較多的關(guān)系才能確定，而且在優(yōu)化過程中有比較的模糊因素和非線性因素需要處理。想要完成對(duì)于變壓器的優(yōu)化過程，就必須全面的解決一項(xiàng)數(shù)學(xué)問題，該數(shù)學(xué)問題的特點(diǎn)是具有多種約束條件、變量數(shù)量較多、本身為非線性變化規(guī)律，同時(shí)目標(biāo)函數(shù)的極值點(diǎn)很多。在傳統(tǒng)解決方案中，可以將局部位置的最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行收斂處理，但是很難保證全局都達(dá)到最優(yōu)解的條件，特別是在處理模糊因素以及離散變量的過程中存在比較多的問題。

在本次優(yōu)化過程中，第一步的操作是進(jìn)行電磁優(yōu)化，這樣可以保證最終結(jié)果趨于最優(yōu)點(diǎn)此方案，同時(shí)利用漏磁場和短路電動(dòng)力等軟件進(jìn)行處理和校正，確定出合適的電磁屏蔽和磁屏蔽條件，結(jié)合原材料以及工藝設(shè)備的情況提升產(chǎn)品的可靠性，降低原材料使用量，實(shí)現(xiàn)高短路機(jī)械強(qiáng)度、損耗低、局放低、噪音低的目的，進(jìn)而逐漸將其調(diào)整至其他電力變壓器的條件下，進(jìn)行技術(shù)研究。

4 結(jié)語

通過對(duì)優(yōu)化方案的選擇，在變壓器的制造過程中有效的降低材料的消耗，保證經(jīng)濟(jì)效益能夠達(dá)到較高的水平。在用戶角度而言，不僅能夠?yàn)閲业墓?jié)能減排做出一定的貢獻(xiàn)，同時(shí)在使用過程中也能有效的降低使用量，降低自身的經(jīng)濟(jì)支出。在提高變壓器的短路強(qiáng)度要求中，能夠有效降低輻向漏磁，降低繞組短路的應(yīng)力，因此達(dá)到有效的提升變壓器的抗短路能力的目的。電力變壓器是保證電網(wǎng)正常運(yùn)行重要設(shè)備之一，其損耗量的大小對(duì)于整體電網(wǎng)的成本控制具有重要作用，同時(shí)，降低損耗在另一角度而言就是提升電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，保證企業(yè)的整體發(fā)展競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜博楠.電力變壓器的損耗研究與優(yōu)化的探索[J].中國科技投資，2013（09）：92-92.

[2]崔萬吉.試論企業(yè)電力變壓器節(jié)能設(shè)計(jì)[J].電氣應(yīng)用，2009（10）：57-57.

[3]王麗慧.電力變壓器損耗及經(jīng)濟(jì)評(píng)估方法分析[J].中國科技財(cái)富，2008（06）：06-09.endprint