浅谈变压器的经济运行

　　摘要：节能降耗是当前发展的趋势，而变压器的损耗是电能传输过程中损耗的一个重要原因，因此变压器的经济运行显得尤为重要。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，从而降低用电单耗。为了使变压器能更经济的运行，本文进行了初步的分析。
　　关键词：变压器，经济运行
　　1.绪论
　　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，从而降低用电单耗。所以，变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。
　　2.概述
　　2.1变压器存在经济运行的因素
　　2.1.1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。
　　2.1.2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ΔP（千瓦）、效率η（%）和损失率ΔP%（%）的计算公式：
　　ΔP=Po+2Pk（2-3）
　　η=P2/P1=Secosφ/(Secosφ+Po+2Pk)*100（2-4）
　　ΔP%=ΔP/P1*100%=(Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100%（2-5）
　　=I2/I2e=P2/Secosφ（2-6）
　　P1---变压器电源侧输入的功率
　　P2---变压器负载侧输出的功率
　　cosφ---负载功率因数
　　---负载系数
　　I2---变压器二次侧负载电流
　　I2e---变压器二次侧额定电流
　　
　　由上图可知变压器损失率ΔP%是变压器负载系数的二次函数，ΔP%先随着的增大而下降，当负载系数等于
　　jp=（Po/Pk）1/2（2-7）
　　时即铜损等于铁损。然后ΔP%又随着增大而上升。jp是最小损失率ΔP%的负载系数，称为有功经济负载系数。所以，当固定变压器运行时，可通过调整负荷来降低ΔP%。
　　2.1.3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ΔQ的基本公式为：
　　ΔQ=Q0+2Qk（2-8）
　　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：
　　ΔQ%=ΔQ/Q1*100%（2-9）
　　2.2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。
　　3.变电所变压器的经济运行
　　3.1容量相同、短路电压相同的变压器并列经济运行方式
　　容量相同、短路电压相同，也就是说，在多台变压器并列运行时，认为负载分配是均匀的、相等的。短路电压相接近的条件是变压器间的短路电压差值ΔUK%应满足下式要求：
　　ΔUK%=（ΔUDK%-ΔUXK%）/ΔUPK%*100%＜5%（3–1）
　　ΔUK%---变压器最大短路电压
　　ΔUXK%---变压器最小短路电压
　　ΔUP%---并列运行方式中全部变压器短路电压的算术平均值
　　沈鼓集团中央变电所设置3台主变，容量为5000KVA，其中2#和3#主变并列运行供6300KW电机试车。如果试车产品为3200KW及以下电机拖动试车2#和3#主变任意一台即可满足生产要求。2#主变ΔUK2%=5.64%，3#主变ΔUK3%=5.52%。根据（3–1）式可得：
　　ΔUK%=（5.64-5.52）/5.56*100%=2.15%＜5%
　　因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。
　　沈鼓集团新厂区中央变电所设置3台主变，容量为20000KVA，其中2#和3#主变并列运行供30000KW电机试车。2#主变ΔUK2%=8.76%，3#主变ΔUK3%=8.67%。根据（3–1）式可得：
　　ΔUK%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%＜5%
　　因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。
　　3.1.1相同台数并列的运行方式
　　3.1.1.1两台变压器并列运行
　　两台变压器A、B并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为两台之和：
　　ΔP0=PA0+PB0（3–2）
　　ΔPK=PAK+PBK（3–3）
　　如有AB及CD两种两台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：
　　ΔPAB=PAB0+2PABK（3–4）
　　ΔPCD=PCD0+2PCDK（3–5）
　　根据（3–4）、（3–5）式可解得临界负载系数L：
　　LP=[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–6）
　　LQ=[（QABO–QCDO）/（QCDK–QABK）]1/2（3–7）
　　LZ=[（PABZO–PCDZO）/（PCDZK–PABZK）]1/2（3–8）
　　SL=2Se[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–9）
　　如果SL的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果SL为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。
　　3.1.1.2多台变压器并列运行
　　如有N台变压器并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为各台之和：
　　ΔPNO=ΣPi0（3–10）
　　ΔPNK=ΣPiK（3–11）
　　如有甲、乙两种N台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：
　　ΔPN甲=ΣPi0甲+2ΣPiK甲（3–12）
　　ΔPN乙=ΣPi0乙+2ΣPiK乙（3–13）
　　根据（3–12）、（3–13）式可解得临界负载系数L：
　　LP=[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–14）
　　LP=[（ΣQi0甲–ΣQi0乙）/（ΣQiK乙–ΣQiK甲）]1/2（3–15）
　　LP=[（ΣPiZ0甲–ΣPiZ0乙）/（ΣPiZK乙–ΣPiZK甲）]1/2（3–16）
　　SL=NSe[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–17）
　　如果SL的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果SL为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。
　　3.2变压器经济运行方式的经济负载系数
　　由于变压器各种运行方式的有功损失和无功损失随着负载发生非线性变化的特性，因此就存在着在某一负载系数条件下运行，其有功损失和无功损失最低的情况，称此负载系数为运行方式的经济负载系数。
　　3.2.1单台变压器运行的经济负载系数
　　3.2.1.1有功经济负载系数jP=（Po/Pk）1/2（3-18）
　　3.2.1.2无功经济负载系数jQ=（Io%/Uk%）1/2（3-19）
　　根据经验可知，随着变压器的容量增大，有功损失系数稍微下降，而无功损失系数则明显下降，特别是当变压器容量增大到10000KVA以上时，jP、jQ下降更加明显。随着变压器耗能参数的改善，经济负载系数jP有较大的下降，而jQ下降更加明显。所以，由于变压器的材质不同，容量不同，再加上制造水平不同，其经济负载系数jP、jQ存在着很大差异。
　　4.变压器运行方式的经济运行区
　　4.1单台变压器的经济运行区
　　由于变压器损失率的负载特性是一个非线性函数，所以，如图4-3中可按损失率的大小分成三个运行区：经济运行区，不良运行区和最劣运行区。运行区间临界条件的计算公式是在“大马拉小车”临界条件的基础上导出的。
　　
　　4.2根据式（4-6）可知，在一般情况下Lj有两个根，即图4-3中A、B两点。所以，当负载系数在Lj2~Lj1内变化时，变压器处在经济运行区，损失率是较低的，其变化范围ΔPd%~ΔPLj%。
　　4.3根据上图可知，L只有一个根，即图中点L。区间L~Lj2及Lj1~1称不良运行区。在此区间内变压器损失率是比较大的，变化范围是ΔPLj~ΔPLL%，运行不经济。
　　4.4图4-3中0~L是最劣运行区，通称过轻载运行区间，变压器损失率很大，运行极不经济。
　　5.科学管理和变压器经济运行
　　5.1变压器更新和经济运行
　　更新变压器必然会带来有功电量和无功电量的节约。但要增加投资，这里也存在一个回收年限的问题。变压器不是损坏后才更新，而是老化到一定程度，还要有一定剩值时就可以更新。变压器厂家对各种不同型式、不同容量的变压器的使用寿命都有规定，一般为20年。使用单位按这一规定年限提取设备折旧费，并进行变压器更新。
　　5.2技术管理和经济运行
　　5.2.1减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗。
　　5.2.2在安全条件的允许下，对于变比小于2的变压器，尽量采用自耦变压器。自耦变压器和同容量的两线圈的变压器相比，有功和无功损耗要减小很多。
　　5.2.3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。
　　5.2.4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，应作好变压器散热，降低变压器的温度。
　　6.结束语
　　如上所述，开展变压器经济运行范围很广，办法很多，节电效果也很好。
　　6.1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
　　6.2其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。
　　6.3对不合理的运行方式，必须用新增设变压器实现经济运行。所增加的投资，通过节电很快能收回。
　　参考文献
　　[1]变压器经济运行天津科学技术出版社
　　[2]电机及拖动基础机械工业出版社