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浅谈配电系统中变压器的经济运行应用
1 引言

  配电变压器作为一种能量转换装置,在转换能量过程中其自身必定产生有功功率损失和无功功率消耗,包括初级绕组的铜耗、次级绕组的铜耗和铁芯损耗。由于配电变压器的总台数多、总容量大,所以在供、用电过程中变压器的电能损失约占整个电力系统损失的15% ~20% ,这与当前大力倡导建设节能减排社会的思想相矛盾,因此,作为肩负节能减排重大责任的供电企业,全面开展变压器经济运行是实现电力系统经济运行的重要环节,也是节约电能的一个重要手段。

        变压器经济运行是指在传输电量相同的条件下,通过择优选取最佳运行方式和调整负载,使变压器电能损失最低。换言之,经济运行就是充分发挥变压器效能,合理地选择运行方式,从而降低变压器用电单耗。所以,变压器经济运行不用投资(或仅用很少的投资,很快就能回收),只要加强供、用电科学管理,充分利用现有设备条件,即可达到节电和提高功率因数的目的。


  2 变压器存在经济运行的因素

        但在实际生产运行过程中,我们通常以空载损耗和短路损耗来作为衡量变压器损耗的两个重要参数,空载损耗是指由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失,其大小与铁芯的电阻成反比。磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热,其损失大小由磁滞回线决定。短路损失P 是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失(亦铜损)。变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关,变压器铭牌规定的P 值,指绕组温度为75℃时额定负载产生的功率损失。以此为依据,我们可以方便的计算出任意给定负载时的变压器效率,控制变压器的二次电流,使变压器经济运行。

  2.1 变压器间技术参数存在差异

  每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失,及无功功率的空载消耗和额定负载消耗。因变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同,所以上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器的运行方式运行。


  2.2 变压器有功功率损失和损失率的负载特性

  变压器功率损失△P(kW)、效率.,7(%)和损失率AP%(%)的计算公式:

  P 为变压器电源侧输入的功率;P2为变压器负载侧输出的功率;eos~p为负载功率因数; 为负载系数;为变压器二次侧负载电流;/2e为变压器二次侧额定电流。

  由上图可知变压器损失率AP%是变压器负载系数的二次函数,AP%先随着的增大而下降,当负载系数等于

  时即铜损等于铁损。然后AP% 又随着增大而上升。jP是最小损失率AP% 的负载系数,称为有功经济负载系数。所以,当变压器固定运行时,可通过调整负荷来降低△P%.

  2.3 变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性

  变压器无功功率消耗AQ的基本公式为:

  为衡量变压器传输单位有功功率时消耗的无功功率,便提出无功消耗率的公式:

  2.4 变压器无功功率的经济运行

  由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的。因此,变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失。因此,在分析变压器经济运行时,无功消耗和有功损失都要最小。
  在额定负载条件下,变压器的无功功率消耗和有功功率损失之比为:

  Kxr为阻抗比;AQe、APe为变压器自身无功消耗和有功损失;Xm 、rill为变压器励磁回路感抗和电阻;Xk为变压器额定负载下的漏磁感抗和;rk为变压器短路电阻。

  Kxr变压器总的电抗和总的电阻之比,其值大小代表变压器感性强度。阻抗比和变压器的容量有关,容量在560—7500kVA之间,Kxr~5~10。


  变压器空载功率因数公式为:

  由于变压器是个感性负载,其空载功率因数很低,一般变化范围为cos :0.05—0.2.变压器容量越大,cos~0越小o

  3 配电变压器“大马拉小车"的技术分析

  “大马拉小车”是指变压器长期不合理的轻载运行,它使变压器容量得不到充分的利用,效率降低。人们习惯以变压器的容量利用率作为划分“大马拉小车”的标准。节电措施中规定变压器负荷率小于30%即为“大马拉小车”。节约功率的习惯计算公式为:

  这种计算方法是不合理的。原因是忽略了负载时的铜损而只计其空载的铁损。一般情况下大容量变压器的铁损比小容量变压器的大,而供相同负载时铜损小。因此,符合实际的计算应该同时考虑两种因素,其计算公式为:

  “大马拉小车”临界负载系数的确定:“大马拉小车”负载系数应根据变压器损失率的变化规律确定。按有功损失率确定临界负载系数,其计算公式为:

  由此可知,只要变压器实际负载系数≤ ,则变压器运行在“大马拉小车”区间内。 的大小与和KL的大小有关。

  KL值选的较小,即APL%较小,则L增大,即增大了变压器“大马拉小车”的范围。反之,KL值选的较大,即APL%较大,则 减小,即减小了变压器“大马拉小车”的范围。但运行损失率增大,因此选取 时要考虑APL%不能太大,又要照顾到变压器更换条件不能太多,同时又要考虑更换小容量变压器后的经济效益。因此,推荐选值为1.5,代人式

  4 变压器经济容量的确定


  两台容量相近的变压器都能满足供电要求,但选择哪台变压器必须进行分析计算才能确定。


  容量较大的变压器和容量较小的变压器功率损失和负载系数公式为:

  临界经济容量的意义是:当按实际负载需用变压器的容量S>SL时,则选用容量大的变压器;反之,S

  5 科学管理和变压器经济运行

  5.1 变压器制造和经济运行

  变压器经济运行不仅取决于经济运行方式,同时更取决于变压器的制造水平。按变压器经常负载大致可以分为四种情况:一是经常处于满载或接近满载运行的变压器;二是经常处于多半载运行的变压器;三是经常处于少半载运行的变压器;四是经常处于轻载或空载运行的变压器。

  随着节约用电意识的提高和技术的不断进步,当前制造厂出厂的变压器,经济负载率大都已经扩展到20% 一80%范围,完全可以适应上面的四类负载,特别是S15型变压器的投人使用,有效的解决了对变压器轻载运行的损失率很大的难题。各用电单位可以根据变压器的负载情况选择相应的经济负载率的变压器。这样一来,各用电单位的变压器都能在经济运行区运行,可以大量节约有功电量和无功电量。

  5.2 变压器更新和经济运行


  设备更新的目的不单纯是消除其有形磨损,更是为了消除其无形磨损。只有不断更新的途径才能从根本上使设备损耗降低、效率提高,改善技术落后状况。


  变压器长期固定运行情况下可以考虑损耗较小的新型变压器。虽然新型变压器初期价格高,但是新型变压器和高能耗变压器价格差一般能在变压器2~3 年的运行中得到弥补。


  5.3 技术管理和经济运行

  根据现场供电情况,变压器安装应选择在供电负荷重心区域。同时尽量保证三相变压器负荷平衡,减少负序电压损耗。不同的功率因数引起的变压器有功和无功消耗也不同,即随着功率因数的提高,变压器的有功和无功消耗都要下降。因此,应尽量提高功率因数,降低变压器的无功功率。变压器绕组的电阻随着温度增高而增大。对同一台变压器在同一负载下,如果温度越低,损耗也越低。因此,应做好变压器散热,降低变压器的温度。


  6 结束语


  开展变压器经济运行越来越受到各用电单位的重视,办法推陈出新,节电效果也很好。我们应结合实际,采用科学的管理方法,以求达到最好的效果。

  首先是充分利用现有设备条件,通过详细分析和严密计算,选择技术参数好的变压器和经济运行方式运行。诸如,负载率低的用户,考虑采用新型的 S15型变压器,负载率较高的用户,可采用s9型变压器。

  其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。对不合理的运行方式,用新增设变压器实现经济运行。可增设小容量变压器、共用变压器增设联络线等,尽量保证三相变压器负荷平衡,减少负序电压损耗。

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