摘要：本文分析了变压器在运行当中的一些能量损耗的产生原因以及尽量减小这些损耗的办法。文中并以变压器的综合功率损耗这个参数来综合分析变压器运行中的功率损耗，用变压器有功损失率来反映变压器的节能情况，通过两组数据的分析，得出变压器容量选择的一些基本原则。

由于人口的增加、工业的发展，人们生活水平的提高，能源的消耗急剧增加，能源危机迫在眉睫。电能做为一种清洁无污染的能源而被广泛应用在社会建设的方方面面。在能源紧张的今天，节约电能已经成为大家的共识，而如何做到合理的节约电能也就成为电气工程设计的一个重点。

a) 变压器尽量考虑选择损耗较小的节能型变压器,如:S9,S10,S11,SC9,SC10等。节能型变压器在制造铁芯的硅钢片、铁芯的制造工艺上都有较大的改进——这有利于减小变压的空载功率损耗。特别是近年来世界各国都在积极研究生产节能材料，变压器的铁芯材料已发展到现在最新的节能材料——非晶态磁性材料如２６０５Ｓ２，非晶合金铁芯变压器便应运而生。使用２６０５Ｓ２制作的变压器，其铁损仅为硅钢变压器的１／５，铁损大幅度降低。

b) 按照变压器运行效率来选择适合的变压器容量..详见下文分析.

c) 运行经济运行技术来节约电能. 尽可能选用一台合适的变压器运行，以降低损耗；

当变电所有二台及以上变压器时，根据负载情况控制变压器台数，可达到经济运行的效果。

（2）减少线路损耗。由于线路上存在电阻电抗，电流通过时，就会产生电能损耗。通过以下方法可以减少线路的电能损耗:

b) 减小导线长度。线路尽可能走直线；变压器尽量靠近负荷中心。

（3）提高系统的功率因数。因系统中的用电设备，如电动机、变压器、线路、气体放电灯的镇流器都有电抗,会产生滞后的无功,需要从系统中引入超前的无功相互抵消,这样超前的无功功率就从高压线路传输到用电设备,线路上就产生了有功损耗。这部分损耗可以通过以下几个方面来改进:

b) 采用无功补偿装置对功率因数进行补偿,减小电网的功率因数.

（4）照明节能. 据估计，我国年照明用电量占总发电量的12％左右，而且以低效照明为主，节能潜力很大。在我国照明电光源中，节能灯仅占很小的份额，应该大力发展节能灯具，杜绝照明中的浪费能源现象。改革开放以来，城市建设迅速发展，新建建筑不断崛起，能源消耗量遂年上升，照明用电水平也逐年提高，对日益增长的用电负荷和电量的需要，如不采取照明节电措施，势必会造成相当大的用电缺口，因此，建筑照明节能势在必行。通过以下方法达到照明节能的目的：

b) 推广高光效、长寿命、显色性好的光源、灯具和镇流器。一般建筑内部采用紧凑型荧光灯或T5、T8荧光灯，城区道路、宽大场所使用金属卤化物灯和高压钠灯，城市景观泛光照明发展LED灯。

d) 在增加投资不多的情况下,对灯具采用分区和可变照度的控制.

电动机与暖通、给排水工艺专业的设备配套,一般由设备制造厂商统一供应,因此其节能只能贯彻到电机运行中.在电动机空载及轻载的情况下,电动机的功率因数和效率都是很低的,这时可采用变频调速装置,使其在负载下降时,采用变频的方式,自动调节转速使其与负载的变化相适应,采用此调速方式,可提高电机在轻载时的效率,达到节能的目的.但这种设备的价格较高,因此在应用中受到一定的限制.

因篇幅有限，本文仅讨论如何选择变压器容量从而达到合理节能的问题。

电力系统要把电能从发电站送到用户，至少要经过4-５级变压器方可输送电能到低压用电设备（３８０Ｖ／２２０Ｖ）。虽然变压器本身效率很高，但因其数量多、容量大，总损耗仍很大。据估计，我国变压器的总损耗占系统总发电量的１０％左右，如损耗每降低１％，每年可节约上百亿度电，因此降低变压器损耗是势在必行的节能措施。

电力变压器作为电力系统电压变换的主要设备，广泛应用于输电和配电领域，变压器容量的选择直接影响到电网的运行和投资。变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。

变压器的有功功率的有功功率损耗由两部分组成：一部分是铁芯产生的有功损耗——铁损，另外一部分是变压器一、二次绕组中的电阻产生的有功损耗——铜损。只要外加的电压和频率不变，铁损就不变，与变压器负载大小无关。铁损大小可由空载试验得到。铜损与变压器的负载率平方成正比，其大小也可以通过变压器短路试验确定。

变压器的无功损耗也由两部分组成：一部分是用来产生主磁通，也就是用来产生励磁电流和空载电流的，它与变压器负载大小无关；另外一部分无功是消耗在变压器一、二次绕组的漏电抗上，它与变压器的负载率平方成正比。　

2．1变压器综合功率损耗是变压器有功功率损失和因其消耗的无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。它反映了电力系统总体最佳节电方法，是既考虑有功电量节约，又考虑无功电量节约的综合最佳。

Q₀＝I₀%×S_e×10^－2 (3)

I₀%为空载电流占额定电流的百分比；

S_e为变压器额定容量，kVA。

β＝P₂／(S_e×cosφ) (4)

P₂为变压器输出平均功率，kW；

空载损耗P_0Z是只与变压器铁芯相关的常数，它不随变压器负载的变化而变化。而负载损耗 P_kZ则为变压器绕组中的铜线圈电流损耗，根据公式(7)故负载综合功率损耗与负载率平方成正比或者说与负载电流的四次方成正比。I₀%、U_k%为变压器一个固定参数，它们由变压器铭牌或变压器技术参数说明书提供，故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。

变压器有功损失率是反映变压器效率的一个量，由变压器损耗的有功功率与变压器输入功率之比得到。

　　由此根据公式（1）～（7）可以计算出一台SC9-315KVA/10KV/0.4KW和一台SC9-1000KVA/10KV/0.4KW干式变压器在不同负载率下的综合功率损耗以及有功功率损失率如下：

　表1－1：SC9-315KVA/10KV/0.4KW变压器在cosφ=0.9时不同负荷下的损失率

变压器负载率	空载综合功率损耗（KW）	负载综合功率损耗（KW）	综合功率损耗（KW）	功率损失率（％）	变压器负载率	空载综合功率损耗（KW）	负载综合功率损耗（KW）	综合功率损耗（KW）	功率损失率（％）
0.1	1.767	0.0441	1.8111	4.344	0.6	1.767	1.5876	3.3546	1.372
0.2	1.767	0.1764	1.9434	2.339	0.7	1.767	2.1609	3.9279	1.382
0.3	1.767	0.3969	2.1639	1.744	0.8	1.767	2.8224	4.5894	1.418
0.4	1.767	0.7056	2.4726	1.503	0.9	1.767	3.5721	5.3391	1.470
0.5	1.767	1.1025	2.8695	1.402	1	1.767	4.41	6.177	1.534

表1－2：SC9-100KVA/10KV/0.4KW变压器在cosφ=0.9时不同负荷下的损失率

变压器负载率	空载综合功率损耗（KW）	负载综合功率损耗（KW）	综合功率损耗（KW）	功率损失率（％）	变压器负载率	空载综合功率损耗（KW）	负载综合功率损耗（KW）	综合功率损耗（KW）	功率损失率（％）
0.1	3.750	0.1345	3.885	2.805	0.6	3.750	4.842	8.592	0.950
0.2	3.750	0.538	4.288	1.527	0.7	3.750	6.591	10.341	0.968
0.3	3.750	1.211	4.961	1.156	0.8	3.750	8.608	12.358	1.003
0.4	3.750	2.152	5.902	1.012	0.9	3.750	10.89	14.64	1.047
0.5	3.750	3.363	7.113	0.958	1	3.750	13.45	17.20	1.100

一，单从变压器节能情况来看，利用率在50％－70％间为变压器有功损失率最低、节能情况最好的情况。我们称它为最佳负荷率.用βm表示.

如果以βm来计算变压器容量，必将造成容量过大，使用户初期投资大量增加。其原因我们的计算负荷是30分钟平均最大负荷P30的统计值，例如民用建筑的用电大部分时间实际负荷均小于计算负荷，如果按βm计算变压器容量则不可能使变压器运行在最高效率βm上，这样不仅不能节约电能且运行在低β值上，还要消耗更多的电能，因此按变压器的最佳负荷率βm来计算变压器的容量是不合理的。

这时我们引入变压器的年有功电能损耗率最小时的节能负荷率βj计算变压器容量,由此进一步分析我们可以得到:

τ:年最大负荷损耗时间，可由年最大负荷利用时数T m查Tm-τ关系曲线。根据负荷的性质一般2300-4500h之间选取.

对于二班制运行特点的高层建筑中的配电变压器，按βj计算出的容量还是偏大，必将增加用户的一次性投资。于是我们选择经济负荷率βjj＝(1～1.3)βj .这样我们既能进一步节省一次性投资，又能使电能损耗小。

由以上分析我们可以得出在选择变压器容量时,我们一般考虑变压器的负载率为75％～85％。

二，当三台315KVA(合计容量为945KVA)的变压器在利用率为75％～85％情况下并列运行，三台变压器的总的综合功率损耗大于一台1000KVA在相同利用率情况下的综合功率损耗。因此两台及以上容量变压器较相应容量的一台的损失大，同时三台变压器的价格比一台相同容量的更高。

结合以上分析，对工程设计中变压器容量的选择做出以下总结:

（1）、在综合考虑用户负荷的情况下，在工程设计中尽量保证变压器工作在75％～85％利用率情况下工作。这样既考虑到节能,又综合考虑初装费、变压器、低压柜、土建的投资及各项运行费用，以及其使用期内预留适当的容量.

（2）、为减少变压器的损耗，当容量大而需要选用多台变压器时，在合理分配负荷、充分考虑经济技术指标的情况下，应尽量减少变压器台数。

在变压器选择当中，合理掌握上述几点的尺度，这样既节约了能源，又经济合理！

浅谈电气节能及如何选择变压器容量