Ｉ 堡 垦 ！＝ ！ ！＝ Ｉ 变频喇Ｗｗｗ ｃｈｉｎａｂｉａｎｐｉｎ．ｃｏｒｎ 譬¨ ｌ¨。 。降低变压器的负载损耗分析 张道乾 （商丘供电公司，商丘４７６０００） 摘要：针对如何降低变压器的负载损耗这一问题，本文从变压器线圈导线中的电阻损耗、线圈的附 加损耗、引线损耗及钢铁结构件中杂散损耗四个方面进行了分析，并从损耗的计算公式出发，对降低变压 器损耗的措施进行了分析和讨论，提出只有在采用先进结构、先进材料和新工艺方法的情况下，损耗降低 才不会引起材料成本很大增加，才会使运行费用降低，从而取得良好的经济效果。 关键词：变压器；负载损耗；措施 Ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ＺＨＡＮＧ Ｄａｏ——ｑｉａｎ （Ｓｈａｎｇｑｉｕ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｈａｎｇｑｉｕ ４７６０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｈｏｗ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｌｏａｄ ｌｏｓｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｑｕｅｓｔｉｏｎ，ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｃｏｉｌ ｗｉｒｅ ｉｎ ｃｏｉｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｌｏｓｓ，ｔｈｅ ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ ｌｏｓｓ ｏｆ ｗｉｒｅ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｌｏｓｓ ａｎｄ ｓｔｒａｙ ｌｏｓｓ ｉｎ ｆｏｕｒ ａｓｐｅｃｔｓ ｔＯ ｃａｒｒｙ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｌｏｓｓ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ，ｔＯ ｒｅｄｕｃｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｌｏｓｓ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｄｅｒｉｖｅ：ｏｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ａｄｖａｎｃｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｄｖａｎｃｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｔｈｅ ｌｏｓｓｅｓ ｗｉｌｌ ｎｏｔ ｃａｕｓｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｃｏｓｔ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｓｔ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ａ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｅｆｆｅｃｔ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｌｏａｄ ｌｏｓｓ；ｍｅａｓｕｒｅｓ； 中图分类号：ＴＭ４１ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１９９４—３０９１（２０１４）０２—１３４—１３６ 目前，变压器更新设计主要目的就是降低损耗，由于 诸多原因的影响，使得负载损耗比空载损耗大几倍。因此， 从经济的角度分析，要减小变压器的损耗，就应该首先从 １降低负载损耗的措施 负载损耗是当变压器在短路试验状态下从电源所吸 ，降低负载损耗人手。 收稿日期：２０１３—１１—２０ 取的功率。如将变压器的一组线圈（高压或低压）短接，而 在另一组线圈（低压或高压）施加比额定电压小得多的电 １３４ ｌ震簸拽檄闲・２０１４年第２期 Ｅｎｇｉｔ：．ｎｇｉｎｅｅｒ Ｒｅｃｏｒｄ工程帅于 巳 ｎｅｅｒ Ｋｅｃｏｒｄ工程师手记 变频嘲ｗｗｗ．ｃｈｉｎａｂｉａｎｐｉｎ．ｃｏｒｎ 流，此时，从电源线圈上所接瓦特表测量出的功率，即为负 载损耗。它包括线圈导线中的电阻损耗、线圈的附加损耗、 引线损耗及钢铁结构件中杂散损耗。下面我们就从这四个 向漏磁场之中，根据楞次定律，在闭合回路中产生感应电 流（一般称为涡流），从而使导线中产生涡流损耗。单根导 线在均匀漏磁场中产生的涡流损耗与导线的材质有关，并 方面分别来谈一谈。 １．１电阻损耗 在短路试验状态下，根据磁势平衡原理，如在短路的 线圈中电流达到额定值，则接于电源的线圈中电流也达到 额定值。由于线圈导线中有电阻存在，故在各个线圈的导 线中将产生电阻损耗。 变压器的负载损耗中占绝大部分的就是电阻损耗，因 此，降低电阻损耗就成：为降低负载损耗的关键。从电阻损 耗的计算公式Ｐｒ－＝ｍＩ２ｒ公式中可以看出，当变压器的计算 要求（如额定容量和电压等级）给定时，式中电流和相数是 一定的，电阻损耗仅与线圈的电阻有关，所以也只有通过 降低电阻来降低电阻损耗。降低导线电阻有三种方法： １）减小导线长度：当铁心磁密增加时，线圈匝电势就 增加。从而使线圈的匝数减少，也就减小了导线的长度。然 而，铁心的磁密不会无限地增加，一方面增加磁密会使空 载损耗和空载电流增加，另一方面磁密过大，会使铁心出 现过饱和现象，反而使变压器运行更不经济。 ２）增大导线截面积：增大导线截面积要有一定限度， 因为增大面积会导线重量增加而使变压器制造成本增加。 ３）减小电阻率：采用无氧电解铜取代普通电工铜，可 使铜导线电阻率下降，但无氧铜价格较贵，也会使变压器 成本增加。 １．２附加损耗 附加损耗是由漏磁通产生的，它包括线圈的涡流损耗 和由导线不完全换位引起的损耗。 １）线圈导线的涡流损耗：由于变压器线圈产生的磁通 不可能完全在铁心柱内部流通，所以线圈导线总要处于纵 与电阻系数成反比。但电阻系数又与温度有关，温度高时 电阻系数大，涡流损耗小；涡流损耗还与漏磁通密度、导线 幅向厚度及频率的平方成正比。当导线材质选定，频率已 知时，影响涡流损耗的因素只有导线幅向厚度及漏磁通密 度。为了减小涡流损耗只有减小导线幅向厚度，即增加并 联导线根数，但并联根数过多，会给线圈的绕制带来困难。 ２）线圈的不完全换位损耗：在线圈电流较大时，采用 单根导线线规过大，会导致工艺困难以及涡流损耗过大。 在这种情况下，往往采用多根导线并联来解决这一问题。 但由于多根导线在漏磁场中的位置不同所在场点的漏磁 通密度不一样，所感应出的漏电势也就不一样，各导线的 漏电势之差会在并联导线内产生环流，从而产生附加损 耗。连续式线圈的饼间采用标准换位，如并联根数为两根 时，换位是完全的，超过三根并联时，换位则是不完全的。 增加导线的并联根数的不利因素在于虽然使导线的不完 全换位损耗增加，于此同时，却减小了导线的涡流损耗，而 且经济研究证明，前者增加的幅度不如后者下降的幅度 大，总的损耗还是在下降的趋势。因此采用多根导线并联 来减小导线的附加损耗是切实可行的，另外从前面的分析 可看出，减小单根导线的厚度，以降低线圈的幅向尺寸，增 加线圈的电抗高度，也是一种行之有效的降低附加损耗的 方法。 １．３杂散损耗 在大型和特大型变压器中，杂散损耗是非常客观的。 随着变压器容量的增加，变压器杂散损耗也随着增加，所 以减小杂散损耗对降低负载损耗有现实意义。 变压器运行时，由于漏磁通穿过钢铁结构（夹件、螺栓 及油箱壁等），并在其中产生杂散损耗，由于变压器漏磁通 分布的复杂性，决定了只能对杂散损耗作近似计算，下面 提出一些减小杂散损耗的措施。 ２０１４年第２期・窆藏辍书左朋Ｉ１３５ １）用非导电绝缘材料（如绝缘玻璃钢）作为线圈压板， 羞 不仅能防止压板过热，而且可作为绝缘的一部分，从而家 蓦 小铁窗高度，但其材料利用率较低，这是其不足之处。拉板 在强度允许的范围内，尽量减小拉板的宽度和厚度，并且 在拉板中间开槽，以减少与漏磁通垂直方向的有效尺寸。 ２）在钢铁结构件（如箱壁）上放置铝板或铜板。当漏磁 通出过此材料时，产生涡流反作用，转移原来的漏磁密度， 避免或减少漏磁通穿过钢铁结构件中产生的涡流损耗。但 这样做的同时会造成局部过热。目前，在大容量变压器中， 为了降低结构件中的杂散损耗常常采用磁屏蔽。 ３）在油箱内壁辅设硅钢片。由于硅钢片的导磁性能 好，使得漏磁通尽量进入磁屏蔽中，从而减少进入油箱壁 中的漏磁通，减小油箱中杂散损耗，油箱中的局部过热也 相应减少。 ， ４）在材料发展到一定限度的情况下，可以考虑用足够 强度的绝缘材料制造油箱，当然还要考虑油箱材料应该耐 油的问题。 １．４引线损耗 引线损耗是线圈中电流流过引出线以及分接线引出 时，由于引出线内存在电阻而造成的，引线损耗和线圈电 阻损耗性质一样，都是由电阻产生的，不过它在变压器负 载损耗中所占的比例很少，这是因为引出线的长度一般都 很小，而且在变压器线圈尺寸和引出线段形式确定以后， 便于固定下来，唯一可以做文章的就是导线的截面积，可 以通过增大导线截面积来降低引线损耗。需要指出的是引 线是在线圈两撑条问的空隙中引出的，增大导线截面积受 到一定的尺寸限制，所以在考虑外包绝缘的引线尺寸在工 艺允许的情况下，应该尽量增大，使引出线的电流密度在 ２．３Ａ／ｍｍ 左右是比较理想的，当引线中电流在１ ０００Ａ及 以上时，引线铜排（或铝排）通常是窄面对着箱壁，这比平 行于箱壁布置时的损耗小得多（在相同距离条件下）。 １３６ Ｉ震燕撬挂聩・２０１４．（Ｔ－－第２期 ２结论 经过上面的分析可知，增加导线截面积可以大幅度降 低电阻损耗，但它不经济，增大主磁通密度，可以减小导线 涡流和阻抗，但它会使杂散损耗增加，改善冷却条件也可 以减小电阻损耗，但它会使变压器制造成本以及运行费用 增加，减小单根导线厚度或者采用多根导线并联可以有效 地减少涡流损耗。但应该首先考虑满足电压，同时减小导 线厚度，增加导线宽度可以减小线圈电抗高，对减小漏磁 密度有利。当导线不完全换位时，损耗较大可采用“２４２”换 位来减小不完全换位损耗，因此，只有在采用先进结构、先 进材料和新工艺方法的情况下，损耗降低才不会引起材料 成本很大增加，才会使运行费用降低，从而取得良好的经 济效果。 参考文献 【１】 路长柏，朱英浩，张怀录，等．电力变压器计算（修订本） ［Ｍ】．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，１９９０． 【２】 王念同，张宏，魏雪亮．变压器的等效电路和负载损耗分 析（下）Ｄ］．变压器，１９９９年０８期． 【３］ 张安红．电力变压器的损耗研究与优化设计【【）】．湖南 大学，２００５年． 【４］ 赵晓春．变流变压器非正弦电流负载损耗的计算【ＪＩ．电 器工业，２００４年０９期． 【５］ 曾权胜．谈变压器的损耗及计算［ＮＪ．电子报，２００５年． 作者简介 张道乾（１９６４一），男，教授级高级工程师，主要研究电 力系统继电保护及自动装置。