马路边、田头间，大家如果注意一下，便能看到一个四四方方的身影——配电变压器。可是，变压器近年来也遇到了一个小挑战……
供电一线需要这样一种变压器
配电变压器是电网从发电厂经输电线路、变电站及配电线路，最后把电能送到千家万户的最后环节。保障配电变压器重过载负荷下安全运行、轻空载负荷下低损耗高效运行，是电网安全经济运行的关键。
但是，我国用电负荷普遍呈现峰谷差大、平均负载率低的显著特性。这种情况下，配电变压器容量配置偏小，重载或过载易烧损；容量配置过大，长时间轻载或空载运行损耗高。然而，常规配电变压器的容量固定、不可调节。
如何避免负荷高峰时变压器“小马拉大车”和负荷低谷时变压器“杀鸡用牛刀”？
一个弹性容量的配电变压器显得尤为重要。
为了解决这个问题，中国电科院牵头“有载调容配电变压器关键技术、系列装备及规模化应用”项目，发明了有载调容建模分析理论方法，攻克了有载调容切换开关关键技术，实现了中国原创、世界首创的有载调容配电变压器核心技术的重大突破，填补了国内外空白。这项技术也获得了2020年度国家科学技术奖二等奖。
△变压器有载调容调压需求
世界首创！一线“土办法”变为电力“黑科技”
其实，对于可调节容量的变压器，供电一线要求十分强烈，而且也尝试相处办法解。
在农村电网存在许多季节性负荷特征特别突出的配电台区。供电员工会安装大小不同额定容量的两个配电变压器，用电旺季就只投入大容量变压器运行，用电淡季就只投入小容量变压器运行。
这种方法虽然经济安全，但不仅需要人工停电操作，还要经过提前制定停电计划、办理两票等繁琐程序，影响供电可靠性。除此之外，由于农村的用电负荷具有随机性的特征，若判断不够及时、不够准确，会导致变压器长时间过载运行造成烧毁事故。为此，科研人员开始思考如何实现变压器两种容量自动监测、判断和调整。有载调容配电变压器的研发从此开始酝酿。
△有载调容配电变压器结构组成
有载调容变压器研制之初，相关技术国内外均无可借鉴成果。研发面临着有载调容暂态建模与切换过电流抑制、有载调容开关切换可靠灭弧、调容过程自适应协调控制三大难题。其中，最大的难题是有载调容开关切换的切换过电流抑制与可靠灭弧，因为容量切换时会产生电弧。
为了解决这一难题，研究人员通过对有载调容切换关键参数，如过渡电阻值合理配置、采用串联多断口分级分压的开关安全熄弧关键技术，顺利解决了有载调容开关切换过电流抑制和可靠灭弧等难题。
△有载调容配电变压器绕组结构变换原理
有载调容控制器通过监测变压器低压侧的电压、电流，来判断当前负荷电流大小。如果满足前期整定的调容条件，控制器会将调容指令发送至有载调容开关，开关根据调容指令进行容量切换。“简单来说，有载调容变压器就像我们乘坐火车时，轨道上的自动铁轨切换器。它可以根据容量配置自动选择最优方案，同时兼顾用电经济性与安全性。”中国电科院配电所所长盛万兴说。
项目产值已有30多亿元，助力打赢“蓝天保卫战”
目前，有载调容变压器已广泛应用于我国多个“煤改电”工程中。
以北京为例，截至2017年，共有7045台有载调容变压器应用在“煤改电”工程中，服务了80万户居民温暖过冬，减少散煤燃烧449.4万吨。北京的成功经验也推广至河北、山东、山西等地。可以说，有载调容变压器系列产品为打赢“蓝天保卫战”做出了贡献。
有载调容变压器还成为安徽金寨分布式光伏并网用升压变压器。分布式光伏发电高峰时期，它以大容量方式工作，并调节电压分接头防止电压过高，避免用户光伏脱网，保障用户发电收益。分布式光伏发电低谷时期，它以小容量方式工作，降低运行损耗，提高了变压器经济运行水平。
目前，项目成果已完成30多亿元产值，大力推动了行业向高效节能配电产品研制生产的转型升级，取得了显著经济、社会效益。
