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摘  要：对农村电网配电变压器运行方式、类型选取等进行浅探，阐述配电变压器实现经济运行的手段以及在实施过程中必须注意的事项。农村供电设施相对简单薄弱，配电网络运行经济性、可靠性较差，电能资源损耗较严重，其中配电变压器本体是产生电能损耗的重要环节，解决配电变压器本体节能降损的问题符合广大农村地区的实际情况，符合国家关于节能减排的相关规定和政策。

关键词：农村电网;配电变压器;经济运行

1 前言

农村地域分布广阔，发展不平衡，用电负载具有负载点分散、三相负载不平衡率及峰谷差大、平均负载率低、季节性强、全年轻载和空载运行时间较长等特点。农村电网中变压器本体损耗占整个网损的比例较高，有时甚至高达60%～70%，因此，变压器的经济运行对节能降耗意义重大。

2 变压器的负载与损耗的关系

变压器的有功功率损耗主要是由空载损耗和负载损耗两部分组成的。空载损耗主要是铁芯损耗，由磁滞损耗和涡流损耗组成，是一个常数，它不随变压器负载的变化而变化。负载损耗则主要是铜损，是可变损失，与变压器负载电流的平方成正比。变压器铭牌给出了空载损耗PO和额定负载损耗Pk。所以，变压器在一定负载为S时总的有功功率损耗可用下式表示：

P=PO+PF= PO+（S/ Se）2 Pk

式中：P—总的有功功率损耗

PO—空载有功功率损耗

PF—在一定负载下的有功功率损耗

Pk—在额定负载下的有功功率损耗

Se—变压器的额定容量

由上式可见，变压器在合理的负载率下，平衡好空载损耗PO和负载损耗PF两者之间的关系，将有效降低总的有功功率损耗P，达到节能降损的目的。

3 变压器经济运行方式的分析

农村电网的用电负荷具有平均负载率低、季节性强、全年轻载空载运行时间较长等特点，特别是近年随着农村居民生活水平的提高，家用电器如空调、电热水器等大功率设备陆续走进农村的千家万户，农村用电呈现出明显的夏季负荷率高、冬季负荷率低的特性。以中山市大涌镇农网线路为例，农村地段公用变压器有378台，年平均负荷率只有23%，年最高负荷率60%-75%的变压器占比30%，年最高负荷率超过75%的变压器占比25%;可见，大涌镇农村变压器呈现出明显的平均负荷率低，年最高负荷率较大的特点。

根据经验，配电变压器最经济运行状态一般在空载损耗和负载损耗相等时， 这个是由材质决定，一般为60%～70%。具体分析变压器的有功功率损耗P= PO+（S/ Se）2 Pk，部分常用S11型低损耗配电变压器的空载损耗PO、负载损耗Pk等相关参数见表2。

可见，负荷率偏低，如大涌镇农村地区年平均负荷率只有23%，造成的结果是空载损耗远大于负载损耗;对于配电变压器而言，其容量越大，空载损耗就越高，所以负荷较低时使用大容量变压器会出现“大马拉小车”现象，不是一种经济运行方式。因此，合理提高变压器负荷率对于节能降损意义重大，具体可通过以下几种供电运行模式达到节能降损效果：

3.1  2台变压器低压出线首端环网

为降低农村电网变压器的损耗，将一个供电区域按照需求容量要求配置2台变压器，使2台变压器容量之和等于总需求容量。春冬季用电负荷不高时节，实行一台运行一台退出;当夏秋季用电负荷高峰期来临，再投放另一台变压器，两台变压器同时运行。该供电模式不仅满足经济运行要求，同时具有可靠性高的特点，适用于用电负荷相对不大的场所，对于农村多雷区，特别是农业排灌、规模化养殖地区由于台风雷雨季节变压器遭雷击破坏，导致低压线路停电而进行供电抢险所起到的效果是明显的。

在双变压器电房或双变压器预装式配电站中，可在低压配电室安装低压联络柜，通过联络柜将两排原独立的低压配电柜连接起来，原理结线见图1。每当夏季用电负荷高峰期，联络开关开环运行，2台变压器担供各自的负荷;当用电负荷不高时节，投放联络开关防护电器，把其中1台的负荷转由另1台变压器担供。这种模式提高了变压器的负荷率与利用率，减少技术线损，同时符合“N—l”供电准则，提高了供电可靠性。缺点是增加了设备投资，并且这种模式的联络点须满足以下特定的条件：

（1）联络点相位应一致。首次合环或检修后可能引起相位变化的，必须经核相保证相位一致性。

（2）双变压器低压总开关、联络开关三者之间应有可靠的电气、机械等联锁，三者最多只能同时有2者合闸，应尽量避免合环操作与运行。

（3）联络环网供电后不会引起环网内各元件过载。

（4）继电保护与安全自动装置应适应环网运行方式。

（5）低压网稳定性符合规定的要求。

（6）双变压器正常运行方式下，联络点两侧电压差、相位角应符合相关规定。

值得注意的是，该运行模式不等同于2台变压器并列运行，它不必确保2台变压器的一次侧通过同一段母线相互连接，也不必确保变压器的接线组别相同、短路电压相等（允许有±10%的差值）、变压器容量比不宜超过3倍等条件（但变比、相序需相同），减少了维护、投切操作的复杂性以及对运维人员技能经验较高的要求。但是该运行模式不允许合环操作与运行，3个低压总开关（断路器）间要有可靠的电气、机械等联锁，三者最多只能同时有2者合闸。因而在项目竣工投产时，应要求施工单位提供3个低压总开关（断路器）间的联锁功能调试证明或调试报告（见图2），并在通电验收中，要求施工单位实操一次检查是否动作安全可靠。

3.2 选用调容变压器

调容变压器是近年兴起的一种新型节能型变压器，它具备大小两个容量，可根据负荷的大小，通过调容开关改变分接绕组的抽头位置来实现调整变压器的容量。调容变压器按照是否具备不停电调节功能，分为有载调容变压器和无载调容变压器两种，其结构特点是：三相高压绕组在大容量时接成三角形（△），小容量时为星形（Y）。每相低压绕组由3组线圈构成，大容量时2、3组线圈并联后再与1组串联，小容量时1、2、3组线圈全部串联。

有载调容变压器主要由变压器本体、有载调容开关、控制系统、人机交互装置等部分组成，其控制系统通过监测变压器低压出线侧的电压和电流，判断当前负荷大小，根据变压器容量整定值判定相关约束条件，满足设定条件则发出相应控制调节指令给有载调容开关进行开合动作，实现变压器不停电自动调整容量。

该类型变压器很适合应用于季节性强、负荷峰谷差大、负荷变化具有一定规律性的广大农村生产地域。容量选择时要充分发挥变压器的使用功效，变压器正常运行容量宜占变压器额定容量的40%～80%，合理提高变压器的负荷率，将变压器的空载损耗降至最低。除外，有载调容变压器对于解决日夜负荷峰谷差较大区段的高线损率问题也具有较强的实施性，缺点是调容变压器没有备用变压器，供电可靠性不高，而且结构复杂、价格成本高，调容开关频繁开合动作调整容量档位，维护费用高，但也是可以通过减少变压器本体过于轻载损耗而缩减支付的电费加以抵扣。

4 配电变压器类型的选择

配电变压器要想实现运行的经济性，除了对变压器运行方式进行合理选择之外，还必须注意变压器类型的选取。随着社会的不断发展与科学技术的进步，已经早已不再对S7、S9型变压器进行推广使用了，现今通常是选用SH15非晶合金、S13、S14、S11等节能型变压器，特别是SH15非晶合金、S13、S14等高效节能型变压器。S11卷铁心型变压器与S9变压器相比，其空载损耗降低了 20%～30%，具备重量较轻、工艺单一、便于维护、体积较小、节能效果较好以及运作费用少等特点，因而当前配电网中该类型变压器使用所占的比例是很大的。S13卷铁心型变压器在近几年得到大力推广使用，具有空载损耗低、空载电流小、噪声低等性能，其空载损耗比S11型还低30%左右，节能效果更显著。SH15非晶合金型变压器是目前系统电能损耗最低的一种高效节能型变压器，与相同容量的S9变压器相比，其空载损耗降低60%以上，即使非晶合金型变压器的价格比S9变压器高较多，但是两种型号变压器价格上的差价，也是可以通过减少损耗而缩减支付的电费加以抵扣，因此，对于珠三角地区这类日趋城市化的新型农村地区，可以优先选择该类型变压器。

目前市场上有不少厂家生产铝芯变压器，与铜芯变压器相比，其制造成本明显降低。但铝材导电性能、机械强度、热稳定性、耐冲击性等比铜材差，铝线接口处极易氧化、易腐蚀，铝芯变压器存在带载过载能力差、承受短路能力差等缺点，就目前而言，铝芯变压器制造质量普遍不如铜芯变压器，安全性也有待提高。单从经济运行角度而论，铝芯变压器导电性能差易发热、接口处极易氧化等缺点决定了其负载损耗较为严重，不利于经济运行。因此，目前还是不建议使用铝芯变压器，至少就目前国内铝芯变压器的制造工艺水平而言，有条件的话，现在还是未到时候建议使用铝芯变压器。

目前我国市场上使用铝芯变压器还不够透明化、规范化，很多厂家变压器铭牌的型号处未按规程标准的要求标注字母“L”作为铝芯标识，鱼目混珠，造成非供配电专业人员难以区分是铜芯或是铝芯;特别是组合式变电站（美式箱变），不少施工单位为降低工程成本更是有意欺瞒建设单位使用铝芯变压器。变压器就铜芯与铝芯而言，还是可以从以下几方面作区分的：

（1）从变压器外观来看，铜芯变压器要矮胖些，铝芯的则要瘦高些，铝芯总的体积要大一些。

（2）从变压器的质量来看，铜芯重，铝芯轻。

（3）从变压器的发热时间来看，铜芯变压器功率足，发热慢，铝芯变压器发热快。

（4）从变压器的运行噪音来看，铝芯比铜芯噪音大。

在选择农网变压器时还应综合考虑农电负载点的位置、大小与性质、电能损耗及电价政策等多种因素。一般来讲，应考虑：（1）变压器安装位置应尽量靠近负荷中心，以变压器额定容量能满足实际所需最大负载为原则，考虑一定的裕度（永久性负荷保留10%～15%的裕度，日后增加用电设备计划的可适当放宽调整裕度），允许变压器短时超铭牌额定容量运行;（2）一般只需选择一台变压器即可满足供电可靠性要求的，对负载变化较大且具有一定规律性的地区或场所，从经济运行角度经比较后，可考虑选择一大一小变压器。（3）选择调容变压器，特别是有载调容智能变压器，有效平衡空载损耗与负载损耗的关系，最大限度降低变压器本体损耗。

5 结束语

农村电网供电规划设计，变压器按照总容量要求配置2台变压器，使2台变压器容量之和满足总容量要求;负荷低峰时，实行一台运行一台退出;负荷高峰期，再投运另一台，两台变压器通过低压出线首端环网实现经济运行。积极选用调容变压器，特别是有载调容智能变压器，最大限度降低变压器本体损耗。同时，变压器类型的选取、农电负载特性综合考虑等是否周全也影响运行的经济性。

参考文献：

[1]方向晖.中低压配电网规划与设计基础.北京：中国水利电力出版社，2004.

[2]陈国顺.网络化测控技术.电子工业出版社，2006.

[3]盛万兴.配电系统综合节能技术.中国电力出版社，2010.