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变压器是输变电系统中的主要设备之一，尽管它的效率很高(大型变压器效率高于99．5％，小型变压器也在98％以上)，但由于它的总容量大(一般情况下变压器的总容量为发电容量的5～7倍)，加上在输配电系统中变换级次多，损耗可占线路总损耗的17％。中小型配电变压器虽然单台容量小，但数量多。由下图看出我国要求在较短时间内，推广使用低耗能变压器，改造高耗能变压器，这是节能挖潜、提高经济效益的有效途径。
如果每降低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。
目录
一．变压器的损耗
二．推广使用低能耗变压器
三．根据不同情况选择不同型号变压器
四．对高能耗变压器的节能改造
五．节能变压器的结论
六．结束语
一．变压器的损耗
如图为变压器的基本原理图，当变压器的初级绕组通电后，线圈所产生的磁通在铁芯流动，因为铁芯本身也是导体，在垂直于磁力线的平面上就会感应电势，这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流，好像p一个旋涡所以称为“涡流”。
这个“涡流”使变压器的损耗增加，并且使变压器的铁芯发热变压器的温升增加。由“涡流”所产生的损耗我们称为“铁损”。另外要绕制变压器需要用大量的铜线，这些铜导线存在着电阻，电流流过时这电阻会消耗一定的功率，这部分损耗往往变成热量而消耗，我们称这种损耗为“铜损”。所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。 由于变压器存在着铁损与铜损，所以降低变压器的损耗显得很有必要。
二．推广使用低能耗变压器
1．非晶合金铁芯变压器(图3)
美国麻省理工学院于１９７９年采用２６０５ＳＣ制作了１５ｋＶＡ的干式变压器。日本于１９８１年７月采用２６０５Ｓ２试制了１０ｋＶＡ的变压器，再于１９８２年８月试制了３０ｋＶＡ的高压油浸变压器，１９８３年２月又试制了３５ｋＶＡ三相五柱式模型变压器作研究对象。我国在８０年代初期进行对
非晶态合金变压器的研究，并于１９８６年由上海变压器厂研制了３０ｋＶＡ的非晶态铁芯变压器。９０年代非晶铁芯变压器的研发已进入实用阶段，国内数厂家相继引进国外技术，生产出较大容量的非晶铁芯变压器。
1．1非晶合金铁芯变压器的构成
（１）变压器铁芯均为三相五柱式两行矩形排列，在两个旁柱中流过零序磁通，磁通不经过箱体，不产生发热的结构损耗，使变压器能满足低噪声、低损耗； （２）高低压线圈均为矩形的铜绕组，当线圈偶然发生短路时，能适应较大的机械应力破坏，线圈不产生变形；
（３）箱体采用冷轧钢板制成的片状散热器，高低压套管的上方加装防冰雹、防尘、防雨罩，其引线无导体裸露，可用电缆接线，全绝缘保护；
（４）变压器热循环油填充硅油，箱体全密封，２０年内免维护，且可适应高温场所。
1．2非晶合金铁芯变压器的规格
（１）容量：３０ｋＶＡ～１６００ｋＶＡ，电压６ｋＶ～１０ｋＶ／０．４ｋＶ／０．２２ｋＶ，联结组标号为Ｙ·ｙｎ０，Ｄ·ｙｎ１１；
（２）空载损耗、负载损耗、阻抗电压、主绝缘均符合ＧＢ／Ｔ６４５１－１９９５的技术要求。
1．3非晶合金铁芯变压器的节能效果
非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的１／５，且全密封免维护，运行费用极低。
Ｓ７系列变压器是１９８０年后推出的变压器，其效率较ＳＪ、ＳＪＬ、Ｓ
Ｌ、ＳＬ１系列的变压器高，其负载损耗也较高。８０年代中期又设计生产出Ｓ９系列变压器，其价格较Ｓ７系列平均高出２０％，空载损耗较Ｓ７系列平均降低８％，负载损耗平均降低２４％，并且国家已明令在１９９８年底前淘汰Ｓ７、ＳＬ７系列，推广应用Ｓ９系列。非晶合金铁芯变压器ＳＨ１２系列的空载损耗较Ｓ９系列降低７５％左右，但其价格仅比Ｓ９系列平均高出３０％，其负载损耗与Ｓ９系列变压器相等。下面仅对其节能效果与投资效益做一计算实例。 1．31节能变压器的计算公式
（１）有功损耗：ΔＰ＝Ｐ０＋ＫＴβ２ＰＫ（１） （２）无功损耗：ΔＱ＝Ｑ０＋ＫＴβ２ＱＫ（２） （３）综合功率损耗：ΔＰＺ＝ΔＰ＋ＫＱΔＱ（３） Ｑ０≈Ｉ０％ＳＮ，ＱＫ≈ＵＫ％ＳＮ
式中：Ｑ０——空载无功损耗（ｋｖａｒ） Ｐ０——空载损耗（ｋＷ）
ＰＫ——额定负载损耗（ｋＷ）
ＳＮ——变压器额定容量（ｋＶＡ） Ｉ０％——变压器空载电流百分比。 ＵＫ％——短路电压百分比 β——平均负载系数
ＫＴ——负载波动损耗系数
ＱＫ——额定负载漏磁功率（ｋｖａｒ） ＫＱ——无功经济当量（ｋＷ／ｋｖａｒ） 1．32 计算条件
（１）取ＫＴ＝１．０５；
（２）变压器容量ＳＮ＝８００ｋＶＡ联结组别为Ｙ·ｙｎｏ；
（３）对城市电网和工业企业电网的６ｋＶ～１０ｋＶ降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量ＫＱ＝０．１ｋＷ／ｋｖａｒ；
（４）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β＝２０％；对于工业企业，实行三班制，可取β＝７５％，以下按这两种情况计算；
（５）变压器（８００ｋＶＡ）价格为Ｓ７＝７６０００元，Ｓ９＝９１０００元，ＳＨ１２＝１１８３００元；
（６）变压器运行小时数Ｔ＝８７６０ｈ，******负载损耗小时数：ｔ＝５５００ｈ；
（７）电费按综合电费０．６０元／ｋＷｈ（未按两部电价计算方法）； （８）变压器空载损耗Ｐ０、负载损耗ＰＫ、Ｉ０％、ＵＫ％，见表２所示。 1．33 计算实例
根据计算公式及计算条件，按β＝２０％和β＝７５％两种情况分析，计算过程及结果见表３所示。 1．34 投资价差回收年限
投资价差回收年限，一般有两种计算方法：
（１）静态投资回收期：不考虑投资的货币时间价值，计算公式：＝； （２）动态投资回收期：考虑投资的货币时间价值，将现在投资及未来收益均以资金的折现率折为现值。此法计算复杂，要涉及通货膨胀率、资金银行利率、折现率等，因此不确定因素多。在此建议不采用此法，则宜采用静态投资回收期。 ＳＮ＝８００ｋＶＡ的ＳＨ１２较Ｓ７多投资： ΔＣＳ７＝１１８３００－７６０００＝４２３００元 ＳＨ１２较Ｓ９多投资：
ΔＣＳ９＝１１８３００－９１０００＝２７３００元 在β＝２０％时，多投资的回收年限为： ＴＳ７＝＝＝４．４９（年） ＴＳ９＝＝＝３．７９（年）
在β＝７５％时，多投资的回收年限为： Ｔ＇Ｓ７＝＝＝２．５９（年） Ｔ＇Ｓ９＝＝＝３．７９（年）
其它容量的ＳＨ１２较Ｓ７，Ｓ９多投资回收年限计算，均可采用上述计算方法及步骤。
2. S11—M.R型三相油浸卷铁芯配电变压器(图4)
2. 1 S11—M.R型三相油浸卷铁芯配电变压器是多年的科研攻关新产品，在总结以往10kV配电变压器设计经验的基础上并结合 和吸收国内先进技术而研制开发的最新一代节能产品，完全采用 了新材料、新结构和独特的新工艺。卷铁芯配电变压器铁芯打破 了传统的叠片式铁芯结构，将硅钢带剪成长带，铁芯卷绕机上绕 成封闭形整体，这种铁心截面接近圆形，填充系数高，铁芯经过 退火处理，没有接缝，空载损耗、空载电流和噪声都较叠片铁心 变压器小；卷铁芯变压器的线圈绕制厂艺和器身制作工艺与传统 制造工艺有较大区别，它是在专用绕线机上将线圈直接绕制在铁 芯卜不需要进行线圈套装工序，直接进行引线制作。是一低噪声 环保型、高效节能的配电变压器， 与传统叠片型变压器比较，有 以下几个显著特点：
(1)、S11卷铁芯变压器无需消耗接缝的磁化容量，磁路中无气隙， 大大减少了激磁电流，提高了功率因数，降低电网损，改善了电 网的供电品质。
(2)、环型铁芯充分利用了砖钢片的取向性，铁芯磁路勺砖钢片的 晶粒取向完全——致，消除了因磁路与硅钢片取向不一致所增加的 损牦，可使损耗降低。
(3)、环型铁芯自身是一个无接缝的整体，在运行时的噪声水下降 低到40—50dB，保护了环境。因此，很适合于室内和生活区安装使用。
(4)、环型铁芯结构呈自然紧固状态，无须火件紧固，避免了因铁芯受火紧力所带来的铁芯性能恶化，损耗增加。
(5)、环型铁芯经退火工艺后，消除应力，使铁芯的磁化特特性接近恢复到铁芯材料的原有水平， 工艺系数达到1.05。
(6)、卷铁心变压器与全密封变压器相比也是一种节能、低噪声、免维护的变压器。它在器身定位、密封材料，密封处理 采取了与全密封变压器相同的措施，取消了储油箱，油体积的变化由波纹片的弹性调节补偿。由于隔绝了油与空气接触的途径，绝缘不易受潮，老化率大大降低，因而变压器的使用可靠性及寿命大为提高。
(7)、S11型与新S9型配电变压器、主要性能比较结果说明， S11型配电变压器在技术性能上有4个较大进步：①空载电流平均卜降 60％一80％；②空载损耗平均—卜降20％～35％；③总重量子均卜降8％～109，6；④噪声只有40—50dD。 S11卷铁芯配电变压器因其性能特点优越，可以称为高节能及环保型的变压器。本公司已经通过原机械、电力两部新产品技术鉴定验收，具备批量生产能力，产品工艺及质量稳定，卷铁芯变压器自投放巾场后，很快得到广大用户的认可，其低损耗、低噪声的优点深受用户的欢迎。
3．单相配电变压器(图5)
3．1单相配电变压器结构简单、体积小、损耗低，可采用柱上挂式，安装方便，可以******限度地深入负荷中心，缩短低压网络供电半径，降低损耗。一台单相配电变压器仅向10户-20户居民供电，当单相配电变压器出现故障时，受影响的居民户数大幅减少，配电线路的供电可靠率得到较大提高。
4．干式配电变压器(图6)
4．1近年来随着城乡电网建设和改造、西部大开发的步伐加快，北京申办2008年奥运会的成功，长江三峡开始发电，我国发电量及城乡用电量与日俱增。通常，每增加1ｋＷ的发电量，需要增加1 1ｋＶＡ的变压器总容量；而其中配电变压器约占全部变压器总容量的1/3～1/2。据估计，干式配电变压器约占全部配电变压器的1/5～1/4。这些数据综合起来可以看得出：发电量每增加1ｋＷ——干式配电变压器也要增加1ｋＶＡ，此数据预示着干式配电变压器面临着新的发展机遇，其产销量必将有新的飞跃。据有关方面统计，2002年变压器的总产量约200,000MVA，而干式变压器的全国产销量约20,000MVA，与同期全国发电增加量相近。可预期，在未来电力建设加速、发电量急剧增加的形势下，干式配电变压器的市场需求量将会大幅攀升。 4．2 损耗
变压器的损耗包括空载损耗、负载损耗以及附加杂散损耗等。
空载损耗是指变压器二次侧开路、一次侧加额定频率与额定正弦波电压时变压器所吸取的功率。国内外都很看重空载损耗P0值的下降，因变压器一旦投运，一年365天、一天24小时，时时刻刻都有损耗。P0 是一个不随负载变化、也不随时间变化的损耗值，即便变压器没有带负载，其P0 损耗值是不变的。P0值每降低1kW，一年就可节省8760kWh（度）电费。国际招标时，空载损耗1kW、折合6,000美元。SC(B)10系列比现行国标（GB/T10228）空载损耗P0下降约30％。 因空载损耗发生在铁心中，故常称之为铁损。显然，其损耗大小与铁磁材料性能有关，与铁心迭片生产工艺过程有关——故在铁心生产工艺过程中，都要采取一系列措施、尽全力降低空载损耗：选购优质高导磁的晶粒取向冷轧硅钢片，先进的硅钢片剪切线，45°全斜铁心接缝，阶梯步进迭片，合理的铁心结构，不迭上铁轭等先进工艺，计算机优化设计等等，使得我国新系列产品损耗值，达到世界先进水平。
三．根据不同情况选择不同型号的变压器
在变换电压及传递功率的过程中，变压器自身将会产生有功功率损耗和无功
功率损耗。其损耗与变压器的技术特性有关，同时又随着负载的变化而产生非线性变化。因此，必须根据有关技术参数，通过合理地选择变压器型号、运行方式，加强变压器的运行管理，充分利用现有的设备条件，以达到节约电能的目的。
1．SN9系列农用变压器是由吉林省电力科学研究院与吉林省电力有限公司农电部等单位联合开发研制的节能型变压器产品。该产品适合低负载率地区使用，其******特点是：在与S9型变压器制造成本基本相同的条件下，用于负载率小于50%的地区，可减少运行损耗。经计算当负载率为20%时，SN9-50/10的变压器比S9-50/10变压器总运行损耗降低15.3%左右。目前吉林省农村电网建设与改造工程中已广泛采用。
1．1充分考虑农村电网负载率：
我国乡镇企业较发达的地区，年负载率******也不会超过20%，一般年负载率在10%～15%；我国农业地区，年负载率******不会超过9%，一般年负载率在5%左右。考虑到发展的因素，我国农村电网的负载率在相当长的一段时期内不会超过25%。因此，农用变压器技术条件的编制、系列设计、技术经济分析等，均采用20%的年负载率进行计算的。为我国农村电网负载的发展留有足够的空间。 1．2对农用变压器的损耗参数的设置以达到节能效果：
通过进行农村电网负载率的调查，结合变压器性能参数的优化设计，以与S9型变压器制造成本持平做为约束条件，以保证损耗比值、最低运行损耗为目标函数。确定了SN9系列变压器的技术条件。其中空载损耗较S9型变压器降低了约20%～25%，负载损耗较S9增加了约10%，使损耗比（负载损耗/空载损耗）提高到7左右。其它性能参数保持了S9型变压器的性能参数。本技术条件的采用使SN9变压器在50%以下负载率的条件下较S9型变压器都是节能的，且负载率越低节能效果越明显。 1．3先进的设计技术：
SN9系列农用变压器，除了在性能参数上具有上述特点，在产品设计上也采用了新的结构技术和设计方法。利用CAD进行优化电磁计算，在规定的性能参数要求内达到经济指标最优；充分发挥了系列设计的优势，考虑了标准零部件的采用和互用，提高了原材料的利用率；在结构设计中重点考虑了农用变压器的使用环境，提高了农用变压器的过载能力、抗过电压能力；提出了重点工序的工艺要求，既保证了农用变压器生产工艺技术与S9型变压器的接轨，又保证了生产工艺技术的先进性。
四．对高能耗变压器的节能改造
1．变压器节能改造的具体方法包括：降容、保容、增容和调容4种方法。 (1)绕组改制法：改高、低压绕组降容法；改高、低压绕组调容法；改高、低压绕组降、调容法；改高、低压绕组保容法；改高、低压绕组质量法；改高、低压绕组增容法。
(2)铁心改制法：调换全部铁心法；调换部分铁心法；调换部分柱芯法；调换全部轭铁法；调换部分轭铁法；增减芯柱级数法；增减芯柱直径法；单片重叠铁心法；铁心硅钢片重叠法；铁心硅钢片重新绝缘法。
(3)绕组、铁心全改法：全改绕组、铁心增容法；全改绕组、铁心保容法；全改绕组、铁心降容法。
2. 经过节能改造的变压器，技术指标和要求均应符合国家有关规定要求： (1)变压器的空载损耗比改制前降低45％～55％，优于JBl300一73标准I(冷轧硅钢片)
数据，达到S7或SL7低损耗变压器数据； (2)空载电流比改制前降低70％左右； (3)空载短路损耗符合国标或有关规定；
(4)阻抗压降控制在3．6％～5．5％(3～1OkV，30～1600kVA)、6％～7．7％(35kV，50～1600kVA)。
五．节能变压器的结论
国家计委节能局在１９８３年颁布实施的《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中指出：计算投资回收年限一般不应超过５年，最长不超过７年，做为权衡投资与节能效益的政策规定。 根据以上计算结果，可得出如下结论：
（１）ＳＨ１２较Ｓ７，Ｓ９多投资的部分均在政策规定的年限内收回，因此目前推广应用ＳＨ１２符合节约能源的国家政策导向；
（２）在农村地区一般情况下平均负载率为１５％～２０％，ＳＨ１２较Ｓ７多投资回收年限稍长，但较Ｓ９多投资的回收年限较短，说明在农村地区权衡ＳＨ１２、Ｓ９的投资及节能效益时，应做出推广应用ＳＨ１２代替Ｓ９的决策； （３）在工矿企业中，实行三班制，负载率一般在５０％～８０％，ＳＨ１２多投资的回收年限较农村地区短，其投资效益更加显著；
（４）广泛推广应用非晶合金铁芯变压器，无论是在农村地区的农网改造，还是在厂矿企业，尤其是在新建的配电室变电站中，建议均应采用ＳＨ１２，如一次性投资到位，可避免短期的重复投资。
六．结束语
通过推广使用节能型变压器，以及对一些高能耗变压器的节能改造，再根据具体情况选择适当的变压器等这一系列措施可大大降低变压器的能耗，这对我国这样一个以制造业为主的用电大国来说意义非凡
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