10kV配电变压器能效自动化评估方法分析

引言：

当前我国中低压配电网系统面临日趋复杂的负荷波动、多源接入及运维压力上升等现实挑战，变压器作为能量转换链条中的核心环节，其能效水平已成为影响系统能耗控制和运行经济性的关键因素。国家“双碳”战略背景下，能源系统对末端设备能效的管控已从定期巡视逐步过渡到依托大数据支撑的自动化评估体系构建阶段。对此，本文对 10kV 配电变压器能效自动化评估方法进行了探究。

1、10kV 配电变压器的类型

配电变压器，简称“配变”，指配电系统中根据电磁感应定律变换交流电压和电流而传输交流电能的一种静止电器。有些地区将 35 千伏以下（大多数是 10kV 及以下）电压等级的电力变压器，称为配电变压器。10kV配电变压器作为城农网供电系统的关键电气设备，其结构构型与应用场景的高度多样性，决定了其在运行特性、能耗表现及调控响应等方面所体现出的复杂性与差异性。明确分类边界与运行机制，是实现能效自动化评估逻辑准确性的前提。

从结构与绝缘方式的维度观察，现有 10kV 配电变压器可区分为油浸式与干式两大类。油浸式产品依赖油介质实现绝缘与冷却，热容量大，运行稳定性强，适应于高负荷或环境温升显著区域。然而，该类变压器存在油品老化、易燃性高等潜在风险，环保监管负担亦不容忽视。相对而言，干式结构以固体绝缘体系为主，无需油体介入，防火性能优越，适合建筑内部或人口密集区部署。其运行过程中依赖自然风冷或强迫风冷系统维持热平衡，设备响应受限于通风条件与负载密度的耦合关系。

从安装方式出发，柱上型与台区型构成当前配电网中最常见的部署形态。柱上变压器广泛用于农村与边缘区域，其选型倾向容量冗余，常常面临低负载、长时间空载等问题，导致空载损耗在总损耗中的占比异常突出。该运行模式在能效评价中需特别设定动态修正因子，以反映其“轻载型高空载比”的典型特征。相较之下，台区变压器则多服务于住宅、商业及工业混合用电区，负荷波动频繁且日负载曲线呈周期性规律。其损耗来源更复杂，不仅受到负载变化影响，亦受谐波干扰、电压波动及分布式能源并网的复合作用干扰。

按使用归属划分，公用型与专用型变压器呈现出截然不同的负荷行为。公用型设备面向多用户供电，负载不确定性较高，运行状态呈动态分布，节能评价中需考虑群体负载响应行为对能效指标的非线性影响。专用型则通常隶属于大型单一用户，运行工况相对稳定，负荷因子高，电能利用率优良，然而其过载运行的风险亦相对集中。

2、10kV 配电变压器能效自动化评估方法

2.1 基于负载率计算模型的变压器能效评估方法

当前配电系统中广泛采用的负载率计算模型，是以变压器运行负载与其额定容量之间的比值为核心指标，通过时间序列积分实现能效水平的动态评估。该方法基于实测有功功率与额定容量的比值构造负载率时间序列，进而在规定周期内提取平均负载率、峰值负载率及低负载运行占比等关键数据，作为判定能效优劣的主要参考依据。在具体实施中，系统通常设定负载率在 40% 至 60% 区间内为高效运行带，低于 30% 或超过 80% 则进入效率衰减区。配电终端每隔 15 分钟上送一次电量数据，主站平台依靠边界条件过滤短时扰动点，提取典型运行窗口内的数据序列并生成负载率分布直方图，以便识别变压器长期低效或过载运行现象。该方法技术门槛低、计算逻辑清晰，适用于大多数已具备基础量测功能的 10kV 配电变压器场景。然而，其对负载率本身的依赖也构成一定局限，无法识别能耗结构内部的损耗差异，如无功补偿失调或温升异常等问题。评估结果多以 A 至 D 等级或“高效—中效—低效”三档形式表达，便于与企业资产管理系统对接，辅助设备更新与运维优化策略制定。在中低压配电系统能效评价体系尚未全面建立的现阶段，该方法具备推广基础，是实现能效评估自动化的重要基础环节。

2.2 基于损耗成分分解的有功—无功联合评估方法

该方法基于对配电变压器在运行过程中的总损耗结构进行物理分解，将其划分为空载损耗、负载损耗和附加无功损耗三大部分，以此构建能效评估指标体系。运行数据通过智能采集终端采集后，系统利用三相电流、电压以及功率因数信息，分别计算每个采样周期内的 P、Q 值，进而反推各损耗分项的数值比例。为提升判断精度，评估平台设定浮动判别函数，识别因负载变化或无功波动所导致的短时损耗上升，避免误报。具体算法实现中，平台先以 S（视在功率）为基准，求解每一运行周期内单位输出功率所对应的总损耗比，并结合负载波动幅度对损耗分布进行回归分析，剔除非典型时段数据。针对无功损耗的识别，系统设置相量门限，将超前或滞后角度超过 ±20^∘ °的运行状态视为功率因数偏离警告状态，自动标记为低效运行期。最终评估结果以多维图谱形式呈现，不仅反映总能效水平，还直观体现出损耗结构比例的动态演化趋势。该评估方法在实际应用中已在多个地市供电局得到试点部署，尤其适用于谐波污染严重、电能质量波动频繁的老旧配电区。其优势在于评估维度全面，能有效揭示隐藏性低效运行问题，为后续运维策略调整、补偿设备调校与节能改造提供直接依据。

2.3 基于典型负荷曲线偏差分析的能效评价方法

此方法以典型负荷曲线为评估参照模型，将配电变压器每日采集到的负载时序数据与标准负荷模版进行动态匹配，进而识别变压器在特定周期内的能效偏差情况。模版库由电网企业根据历史运维数据分区、分类构建，依据负荷特征分为住宅型、工业型、商业型和混合型等类型，每类均设定多组参考曲线，涵盖工作日、节假日与特殊气象条件等情境。在实施过程中，系统采用动态时间规整算法对当前负荷序列进行对齐处理，剔除时段错位所带来的形态偏差。匹配过程中计算当前负载曲线与标准模版之间的相似度系数，同时结合平均负载率、负载率波动系数等指标综合形成偏离评价分值。若相似度长期低于设定阈值，系统自动判定该变压器存在“运行模式非适配”风险，并生成评估报告推送至运维终端。这一方法的突出特点是强调负荷行为的动态规律性，而非单点电参的数值特性，尤其适合识别运行行为异常或用户结构发生突变的变压器。对数据质量要求较高，需保证采样频次不低于 15 分钟一次，且具有跨日连续性。该方法已在部分南方城市台区管理系统中部署，可用于优化客户分类、提升变压器配置合理性，具有显著的实际推广价值。

结语：

随着数据采集技术、通信网络架构以及边缘智能运算能力的快速发展，能效评估工作已经逐步由传统人工静态判定转向高频自动化动态感知阶段。未来，在方法各异、目标一致的框架下，如何实现评估体系的融合互补与模块协同，将成为推动配网数字化水平进一步跃升的重要方向。

参考文献：

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