空載損耗和短路損耗是變壓器的兩個(gè)重要參數,它們的大小以及變化情況不僅能夠表明變壓器的性能是否滿(mǎn)足用戶(hù)正常運行的需求,同時(shí)也能夠反映變壓器在實(shí)際運行中的效率是否達到國家標準,因此,實(shí)現變壓器空載損耗和短路損耗的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測對于節約能源,降低損耗、優(yōu)化環(huán)境以及提高設備的利用率有很重要的意義。
配電變壓器在電力系統中數量巨大,分布廣泛,其能耗十分顯著(zhù),表1.1列出了幾種系列10kV級配電變壓器不同容量下的空載和負載損耗參數,據統計,配電變壓器的損耗約占總線(xiàn)損的1/3,盡管目前所用的配電變壓器已是率的設備,其效率可以達到95%-99%,但是由于其數量巨大和空載損耗的固定性,變壓器的效率即便有很微小的變動(dòng),其損耗的改變量也將是一個(gè)巨大的改變量。據統計,我國年發(fā)電量約為14780億kW·h,然而電網(wǎng)運行的配電變壓器總電能損耗約為411億kWh,約占2000年總發(fā)電量的 3.16%。如果按目前我國配電變壓器的損耗每年達到400億千瓦時(shí)計算,配電變壓器的節能潛力可高達90億-150億元,故配電變壓器本身存在著(zhù)相當大的節能潛力。
變壓器的運行效率隨著(zhù)運行年限的增加,以及長(cháng)期的運行環(huán)境惡劣,其運行效率會(huì )逐漸降低,雖然國家有關(guān)部門(mén)制定了《配電變壓器能效及技術(shù)經(jīng)濟評價(jià)導則》和《三相配電變壓器能效限定值及節能評價(jià)值》等國家電力行業(yè)的標準,并且以這些標準為依據提出逐步淘汰能量損耗高的老舊變壓器同時(shí)采用新型的節能耗配電變壓器,但是,目前在電網(wǎng)上運行時(shí)間超過(guò)20年的低效率配變容量約占10%以上,總容量約2.4億kVA,由于這些配變參數老化、損耗高、缺陷多,運行可靠性差,這些變壓器不僅嚴重威脅著(zhù)電網(wǎng)的安全運行,而且每年因此而浪費的電能資源也是十分巨大的,故對其能耗情況進(jìn)行分析研究,對于節約能源、優(yōu)化環(huán)境、實(shí)現電網(wǎng)的經(jīng)濟運行具有很重大的意義。
隨著(zhù)變壓器制造技術(shù)的不斷改進(jìn)以及新材料和新工藝的廣泛應用,配電變壓器的應用已經(jīng)實(shí)現了從S7系列向S9系列的轉變,并逐漸向損耗更低的S11系列過(guò)渡,目前我國變壓器行業(yè)評價(jià)變壓器的能效主要從空載損耗和短路損耗兩方面著(zhù)手,從表1.1中可以看出500kVA時(shí)S11系列變壓器的空載和短路損耗分別為670W和5150W,而S9系列的變壓器的空載和短路損耗分別為960W和6930W,此時(shí)S11系列較S9系列變壓器空在損耗降低30.2%,負載損耗降低25.7%,因此,要實(shí)現降耗節能,選用節能型、低損耗配電變壓器逐步替代高損耗、低效率的配電變壓器是必選途徑之一。
有標準做出關(guān)于變壓器運行期限的相關(guān)規定,規定其運行年限不能超過(guò)20年,相關(guān)部門(mén)對于變壓器的更換一般也是按照這個(gè)標準進(jìn)行的,但是,一般情況下變壓器的工作環(huán)境都為室外而且比較惡劣,這種環(huán)境使變壓器的絕緣老化加速并且故障率也大大提高,在實(shí)際中有相當一部分變壓器還未達到標準運行年限但是其各種參數指標已不能達到正常運行變壓器的要求,而也有一小部分變壓器到了規定運行年限但是其各種參數指標依舊能達到標準要求,就不需要對該部分變壓器進(jìn)行淘汰更換,目前,電網(wǎng)中即將或已經(jīng)達到運行年限的老變壓器還有很多,在短時(shí)間內對其全部進(jìn)行更換將擁有很大的難度,所以對正在運行的變壓器空載損耗和短路損耗進(jìn)行在線(xiàn)測量,對于那些損耗偏高經(jīng)濟價(jià)值很低的變壓器進(jìn)行淘汰,對那些經(jīng)濟價(jià)值很低而又不能及時(shí)淘汰的變壓器可以改變對它的計費方式。
配電變壓器的制造工藝、機械強度、效率、抗短路能力、并聯(lián)運行、損耗指標、系統運行的穩定性以及供電質(zhì)量的好壞決定了變壓器空載損耗和短路損耗數值的大小,由于變壓器的全部勵磁特性是由空載試驗確定的,通過(guò)空載試驗可以測量出變壓器的空載損耗和空載電流,也可以檢驗變壓器鐵芯的設計和制造是否滿(mǎn)足技術(shù)條件的要求和標準以及變壓器磁路中發(fā)生的問(wèn)題、繞組匝間短路和變壓器的整體缺陷。通過(guò)短路試驗可以測量變壓器的負載損耗和短路阻抗,從而可以檢測這兩個(gè)重要的性能參數能夠滿(mǎn)足技術(shù)標準,同時(shí)也可以檢測變壓器繞組內是否存在缺陷問(wèn)題,有研究表明,在變壓器繞組發(fā)生匝間短路時(shí),變壓器的總損耗會(huì )因其短路損耗和空載損耗的增加而增加,并且損耗的增加數量會(huì )受匝間短路嚴重程度的影響,匝間短路越嚴重,短路匝數越多變壓器損耗就會(huì )越大,因此,通過(guò)檢測變壓器的空載損耗和短路損耗等參數能夠及時(shí)了解變壓器的運行情況并可以提前預測相關(guān)故障的發(fā)生狀況。
目前配電變壓器空載損耗和短路損耗的一般測量方法是在離線(xiàn)狀態(tài)下通過(guò)空載試驗和短路試驗來(lái)實(shí)現的,離線(xiàn)空載和短路實(shí)驗測量變壓器的空載和短路損耗存在很大的缺陷,該測量方法對于即將入網(wǎng)的配電變壓器進(jìn)行測量較為方便的,但是,對于掛網(wǎng)運行的變壓器進(jìn)行離線(xiàn)測量將會(huì )帶來(lái)諸多困難,該方法需要把變壓器停運進(jìn)行測試,此舉既浪費了大量的人力物力,又影響供電的連續性,這不符合經(jīng)濟、連續的供電要求。實(shí)現配電變壓器空載和短路損耗的在線(xiàn)測量,對于降低變壓器損耗,滿(mǎn)足安全可靠供電、提高供配電效率、改善電氣環(huán)境具有十分重要的意義。