负载率对变压器效率的影响非常大。高效运行的变压器，必须选择合适的损耗比值。发达国家选购变压器时，常考虑变压器运行时的实际负载率，来决定它的损耗比。为了更好地理解负载率与空、负载损耗之间的关系，列举了变压器运行时的几个主要参数与负载率之间的关系来进行分析和比较。
配电变压器是电力系统的末级变压器，其损耗约占全网损耗的20%左右，因此降低配电变压器的损耗对节能环保具有相当重要的意义。
2011年8月《国家电网公司第一批重点推广新技术目录》中要求2012年起，新增配电变压器全部采用节能型配电变压器。推广目录中对节能型配电变压器的定义为“S13及以上型号的系列配电变压器、非晶合金铁心变压器和调容变压器”。
以下对SH15、S14及S15高节能型配电变压器的节能效果进行了详细的分析。
1 损耗值的比较
1)SH15型非晶合金配电变压器的空载损耗约比S13型下降50%，负载损耗与S13型相同(见图表1);
2)S14型配电变压器的空载损耗与S13型相同，负载损耗比S13型下降15%(见图表1);
3)S15型配电变压器的空载损耗与S13型相同，负载损耗比S13型下降30%(见图表1)。
注 1：S13型配电变压器空载损耗约比S11型下降30%，负载损耗与S11型相同。
注2：S14及S15型配电变压器的空载损耗相当于欧盟指令EN 50464-1：2007中的A0级(空载损耗最低);SH15型非晶合金配电变压器的空载损耗则明显优于A0级(见图表2);
注3：S14型配电变压器的负载损耗介于欧盟的Ak级与Bk级之间;S15型配电变压器的负载损耗要优于欧盟的Ak级;SH15非晶合金配电变压器的负载损耗介于欧盟的Ck级与Bk级之间(见图表3)。
注4：欧盟能效标准中空载损耗分为E0、D0、C0、B0、A0五个等级，其中A0的空载损耗最低;负载损耗分为Dk、Ck、Bk、Ak四个等级， 其中Ak的负载损耗最低。
图表1 各类节能型配电变压器损耗值比较
图表2 空载损耗值与欧盟能效标准比较
图表3 负载损耗值与欧盟能效标准比较
2 节能分析
在各地区及国家的能效标准中，对于能效指标的定义各有差异。北美、南美以及澳大利亚等国采用的是变压器在50%负载率下的效率指标，欧盟及中国采用空载损耗和负载损耗指标，而日本和印度则采用一定负载率下的总损耗。尽管形式不同，但是三者都可以在同一的负载率、环境温度、频率和功率因素下进行换算并比较，在这些因素中，变压器负载率差异非常大。用户类型不同，负荷增长不同，相应的效率值也有很大不同(如商业和工业用户、城网和农网)，这对于效率影响非常大。高效运行的变压器，必须选择合适的损耗比值。发达国家选购变压器时，常考虑变压器运行时的实际负载率，来决定它的损耗比。为了更好地理解负载率与空、负载损耗之间的关系，以下列举了变压器运行时的几个主要参数与负载率之间的关系来进行分析和比较。
2.1 有功损耗比较
有功损耗率是指变压器运行时自身有功损耗占总有功损耗的比率。配电变压器有功损耗率主要与变压器的主要性能参数、功率因数以及负载率有关。
有功损耗率可按如下计算：
Δp%=(Po+Ktβ2Pk)/(βSNCOSθ+ Po+Ktβ2Pk) (1)
Po：空载损耗;
Pk：负载损耗;
Kt：负载波动损耗系数，一般取1.05;
β：平均负载率;
SN：变压器额定容量;
COSθ：功率因数。
以额定容量50kVA、100 kVA、200 kVA、400 kVA为例，功率因数取0.9，各种负载率下的有功损耗率比较如图表4。
图表4 有功损耗率比较
由图表4可以看出：
1)SH15非晶合金配电变压器在负载率为20%～30%的情况下，其有功损耗率是最低的;
2)S14配电变压器在负载率为30%～40%的情况下，其有功损耗率是最低的;
3)S15配电变压器在负载率为30%～50%的情况下，其有功损耗率是最低的。
2.2效率特性对比
运行中的变压器损耗由两部分组成，即空载损耗Po和负载损耗Pk，在满载运行下的负载损耗为Pk，实际运行中的负载损耗为β2Pk ，β为负载率即运行中的实际负荷与额定负荷的比值。要节能必须要高效，一台低损耗的变压器也不是在任何负荷情况下都是高效的。变压器的效率η是输出的有功功率与输入的有功功率的比较，具体表达公式为：
η=βSNCOSθ/(βSNCOSθ+ Po+β2Pk) (2)
由式(2)可以看出，变压器的效率除了与容量大小和自身性能参数有关，还与负载率及功率因数有关。
以额定容量50kVA、100kVA、200kVA、400kVA为例，功率因数取0.9，各种负载率下的效率比较如图表5。
由图表5可以看出：
1)SH15非晶合金配电变压器在负载率为20%～30%的情况下，其运行效率最高;
2)S14配电变压器在负载率为30%～40%的情况下，其运行效率最高;
3)S15配电变压器在负载率为30%～50%的情况下，其运行效率最高。
由此可见，以上节能型配电变压器有功功率损耗最低的负载率区段与其效率最高时的负载率区段是一致的。在该区段运行，变压器能发挥其高效特性，节能效果最好。发达国家选购变压器时，常考虑运行时变压器的实际负载率，来决定其空负载的损耗比。而不同的损耗比也关系到变压器的制造成本。
图表5 效率比较
2.3 年综合损耗比较
变压器年综合损耗可依据下式进行计算：
Pt=8760.[Po+β2Pk+C.(Q0+β2Qk)] (3)
β：平均负载率;
Q0：空载无功损耗(Q0= SN.I0%×10-2);
Qk：负载无功损耗(Qk= SN.Uk%×10-2);
C：无功经济当量，此处取0.1;
I0：变压器空载电流百分数;
Uk：变压器短路阻抗百分数;
SN： 变压器额定容量。
以额定容量50kVA、100 kVA、200 kVA、400 kVA为例，各种负载率下的年综合损耗比较如图表6。
图表6 年综合损耗比较
由图表6可以看出：
同容量的不同型号的配电变压器
1)在负载率低于30%时，SH15非晶合金配电变压器的年综合损耗最低;
2)在负载率大于50%时，S14型配电变压器的年综合损耗要低于SH15非晶合金配电变压器;
3)在负载率大于40%时，S15型配电变压器的年综合损耗最低。
3 结论
1)SH15非晶合金配电变压器在平均负载率较低时(20%～30%)有功损耗率最低，效率较高。在年平均负载率小于30%的情况下，应用SH15非晶合金配电变压器节能效果比较明显;
2)S14型配电变压器在平均负载率为30%～40%时，有功损耗率最低，效率较高。在年平均负载率大于40%的情况下，使用S14型配电变压器节能效果较好;
3)S15型配电变压器在平均负载率为30%～50%时，有功损耗率最低，效率较高。其年综合损耗率要低于S14型配电变压器，在年平均负载率大于30%的情况下使用节能效果显着。
原标题：几种节能型配电变压器的节能分析和比较
