電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析
簡(jiǎn)介： 對(duì)電力變壓器損耗進(jìn)行分析，總結(jié)了在各種條件下經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。
關(guān)鍵字：電力變壓器 損耗 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
1．前言
電力變壓器作為電力系統(tǒng)電壓變換的主要設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域，變壓器容量的選擇直接影響到電網(wǎng)的運(yùn)行和投資。對(duì)供電部門(mén)的公用變壓器而言，會(huì)使低壓網(wǎng)絡(luò)變大造成過(guò)多地消耗有色金屬；選擇容量過(guò)大的變壓器會(huì)很快滿載，甚至過(guò)載，將會(huì)限制負(fù)荷的發(fā)展。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與否，是由所帶負(fù)荷大小、本身能耗的功率以及變壓器在磁化過(guò)程中引起的空載無(wú)功損耗、繞組電抗中的短路無(wú)功損耗等因素決定的。
變壓器在變換電壓及傳遞功率的過(guò)程中，自身將會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗和無(wú)功功率損耗。變壓器的有功功率和無(wú)功功率損耗又與變壓器的技術(shù)特性有關(guān)，同時(shí)又隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生非線性的變化。因此，必須根據(jù)變壓器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)合理地選擇運(yùn)行方式，加強(qiáng)變壓器的運(yùn)行管理，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，以達(dá)到節(jié)約電能的目的。
2．變壓器的負(fù)載與損耗的關(guān)系
電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗和變壓器負(fù)載損耗兩部分，在一定的負(fù)載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
P=Pn+Pl 2－1
P--總的有功功率損耗；Pn--空載有功功率損耗；Pl--在一定負(fù)載下的負(fù)載有功功率損耗
Pn =Pt+KQt= Pt+K(I0%Se/100) 2－2
Pl=Pf+KQf= Pf+ K(Ud%Se/100) 2－3
Pt為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗。
Qt為變壓器變壓器額定勵(lì)磁功率
I0%為變壓器空載電流
Pf為變壓器額定負(fù)載有功損耗即變壓器銅損
Ud%為變壓器阻抗電壓
K為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvar
Se變壓器額定容量
空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù)，它不隨變壓器負(fù)載的變化而變化。而負(fù)載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據(jù)P=I2R故Pf與負(fù)載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個(gè)固定參數(shù)，它們由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說(shuō)明書(shū)提供，故變壓器損耗主要受負(fù)荷變化影響的銅耗決定。
由此根據(jù)公式2－2、2－3可以計(jì)算出一臺(tái)30KVA和一臺(tái)100KVA變壓器的有功功率損耗如下：
表2－1：30KVA變壓器在cos =0.8時(shí)不同負(fù)荷下的損失率
負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.3 0.0085 0.3085 12.85 60 0.3 0.3060 0.6060 4.2
20 0.3 0.034 0.3340 6.96 70 0.3 0.4165 0.7165 4.26
30 0.3 0.0765 0.3765 5.23 80 0.3 0.5440 0.8440 4.40
40 0.3 0.1360 0.4360 4.54 90 0.3 0.6885 0.9885 4.58
50 0.3 0.2125 0.5125 4.27 100 0.3 0.8500 1.1500 4.79
表2－2：100KVA變壓器在cos =0.8時(shí)不同負(fù)荷下的損失率
負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.66 0.0225 0.6825 8.35 60 0.66 0.8100 1.4700 3.06
20 0.66 0.0900 0.7500 4.69 70 0.66 1.0250 1.7625 3.15
30 0.66 0.2025 0.8625 3.59 80 0.66 1.4400 2.1000 3.28
40 0.66 0.3600 1.0400 3.25 90 0.66 1.8225 2.4825 3.45
50 0.66 0.5625 1.2225 3.06 100 0.66 2.2500 2.9100 3.64
圖2－1 ：30KVA變壓器不同負(fù)荷情況下?lián)p失曲線 圖2－2：100KVA變壓器不同負(fù)荷情況下?lián)p失曲線
通過(guò)表2－1、表2－2的數(shù)據(jù)及圖2－1、圖2－2的曲線，單從變壓器功率損失來(lái)看，利用率在50％－70％間為變壓器損失率最低、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最好的情況。
3．相同負(fù)荷情況下變壓器的選擇
由表2－1、表2－2的數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)三臺(tái)30KVA(合計(jì)容量為90KVA)的變壓器在利用率為50％～70％情況下并列運(yùn)行，三臺(tái)變壓器的總損耗P1大于一臺(tái)100KVA在相同利用率情況下的總損耗P2。因此兩臺(tái)及以上容量變壓器較相應(yīng)容量的一臺(tái)的損失大，同時(shí)三臺(tái)變壓器的價(jià)格比一臺(tái)相同容量的更高。同時(shí)變壓器越大也并不一定就越經(jīng)濟(jì)，單從變壓器損耗看那是可能的，但負(fù)荷越大外端輸出電流也越大，外線線路線徑就需要越大，初期造價(jià)也相應(yīng)增加。
所以在相同負(fù)荷情況下變壓器選擇需要考慮一下幾點(diǎn)：
?。?）、在綜合了解用戶負(fù)荷前提下，盡量根據(jù)變壓器工作在50％～70％利用率情況下選擇變壓器容量。
（2）、變壓器長(zhǎng)期固定運(yùn)行情況下可以考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價(jià)格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價(jià)格差一般能在變壓器2~3年的運(yùn)行中得到彌補(bǔ)。
（3）、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)供電情況，變壓器安裝應(yīng)選擇在供電負(fù)荷重心區(qū)域。同時(shí)盡量保證三相變壓器負(fù)荷平衡，減少負(fù)序電壓損耗。
（4）、變壓器的選擇應(yīng)根據(jù)變壓器損耗和外接線路的投資來(lái)充分比較考慮，盡量達(dá)到線路初期投資小和變壓器損耗低的優(yōu)化方案。
4、結(jié)論：
對(duì)于變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)根據(jù)變壓器現(xiàn)有的技術(shù)參數(shù)結(jié)合實(shí)際負(fù)荷情況及現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇合理的變壓器運(yùn)行方式及變壓器容量，以便能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少變壓器的有功功率損耗。
關(guān)鍵字：電力變壓器 損耗 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
1．前言
電力變壓器作為電力系統(tǒng)電壓變換的主要設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域，變壓器容量的選擇直接影響到電網(wǎng)的運(yùn)行和投資。對(duì)供電部門(mén)的公用變壓器而言，會(huì)使低壓網(wǎng)絡(luò)變大造成過(guò)多地消耗有色金屬；選擇容量過(guò)大的變壓器會(huì)很快滿載，甚至過(guò)載，將會(huì)限制負(fù)荷的發(fā)展。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與否，是由所帶負(fù)荷大小、本身能耗的功率以及變壓器在磁化過(guò)程中引起的空載無(wú)功損耗、繞組電抗中的短路無(wú)功損耗等因素決定的。
變壓器在變換電壓及傳遞功率的過(guò)程中，自身將會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗和無(wú)功功率損耗。變壓器的有功功率和無(wú)功功率損耗又與變壓器的技術(shù)特性有關(guān)，同時(shí)又隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生非線性的變化。因此，必須根據(jù)變壓器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)合理地選擇運(yùn)行方式，加強(qiáng)變壓器的運(yùn)行管理，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，以達(dá)到節(jié)約電能的目的。
2．變壓器的負(fù)載與損耗的關(guān)系
電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗和變壓器負(fù)載損耗兩部分，在一定的負(fù)載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
P=Pn+Pl 2－1
P--總的有功功率損耗；Pn--空載有功功率損耗；Pl--在一定負(fù)載下的負(fù)載有功功率損耗
Pn =Pt+KQt= Pt+K(I0%Se/100) 2－2
Pl=Pf+KQf= Pf+ K(Ud%Se/100) 2－3
Pt為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗。
Qt為變壓器變壓器額定勵(lì)磁功率
I0%為變壓器空載電流
Pf為變壓器額定負(fù)載有功損耗即變壓器銅損
Ud%為變壓器阻抗電壓
K為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvar
Se變壓器額定容量
空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù)，它不隨變壓器負(fù)載的變化而變化。而負(fù)載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據(jù)P=I2R故Pf與負(fù)載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個(gè)固定參數(shù)，它們由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說(shuō)明書(shū)提供，故變壓器損耗主要受負(fù)荷變化影響的銅耗決定。
由此根據(jù)公式2－2、2－3可以計(jì)算出一臺(tái)30KVA和一臺(tái)100KVA變壓器的有功功率損耗如下：
表2－1：30KVA變壓器在cos =0.8時(shí)不同負(fù)荷下的損失率
負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.3 0.0085 0.3085 12.85 60 0.3 0.3060 0.6060 4.2
20 0.3 0.034 0.3340 6.96 70 0.3 0.4165 0.7165 4.26
30 0.3 0.0765 0.3765 5.23 80 0.3 0.5440 0.8440 4.40
40 0.3 0.1360 0.4360 4.54 90 0.3 0.6885 0.9885 4.58
50 0.3 0.2125 0.5125 4.27 100 0.3 0.8500 1.1500 4.79
表2－2：100KVA變壓器在cos =0.8時(shí)不同負(fù)荷下的損失率
負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％） 負(fù)荷電流（％） 鐵損（KW） 銅損（KW） 總損失（KW） 損失率（％）
10 0.66 0.0225 0.6825 8.35 60 0.66 0.8100 1.4700 3.06
20 0.66 0.0900 0.7500 4.69 70 0.66 1.0250 1.7625 3.15
30 0.66 0.2025 0.8625 3.59 80 0.66 1.4400 2.1000 3.28
40 0.66 0.3600 1.0400 3.25 90 0.66 1.8225 2.4825 3.45
50 0.66 0.5625 1.2225 3.06 100 0.66 2.2500 2.9100 3.64
圖2－1 ：30KVA變壓器不同負(fù)荷情況下?lián)p失曲線 圖2－2：100KVA變壓器不同負(fù)荷情況下?lián)p失曲線
通過(guò)表2－1、表2－2的數(shù)據(jù)及圖2－1、圖2－2的曲線，單從變壓器功率損失來(lái)看，利用率在50％－70％間為變壓器損失率最低、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最好的情況。
3．相同負(fù)荷情況下變壓器的選擇
由表2－1、表2－2的數(shù)據(jù)可以得出，當(dāng)三臺(tái)30KVA(合計(jì)容量為90KVA)的變壓器在利用率為50％～70％情況下并列運(yùn)行，三臺(tái)變壓器的總損耗P1大于一臺(tái)100KVA在相同利用率情況下的總損耗P2。因此兩臺(tái)及以上容量變壓器較相應(yīng)容量的一臺(tái)的損失大，同時(shí)三臺(tái)變壓器的價(jià)格比一臺(tái)相同容量的更高。同時(shí)變壓器越大也并不一定就越經(jīng)濟(jì)，單從變壓器損耗看那是可能的，但負(fù)荷越大外端輸出電流也越大，外線線路線徑就需要越大，初期造價(jià)也相應(yīng)增加。
所以在相同負(fù)荷情況下變壓器選擇需要考慮一下幾點(diǎn)：
?。?）、在綜合了解用戶負(fù)荷前提下，盡量根據(jù)變壓器工作在50％～70％利用率情況下選擇變壓器容量。
（2）、變壓器長(zhǎng)期固定運(yùn)行情況下可以考慮損耗較小的新型變壓器。雖然新型變壓器初期價(jià)格高，但是新型變壓器和高能耗變壓器價(jià)格差一般能在變壓器2~3年的運(yùn)行中得到彌補(bǔ)。
（3）、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)供電情況，變壓器安裝應(yīng)選擇在供電負(fù)荷重心區(qū)域。同時(shí)盡量保證三相變壓器負(fù)荷平衡，減少負(fù)序電壓損耗。
（4）、變壓器的選擇應(yīng)根據(jù)變壓器損耗和外接線路的投資來(lái)充分比較考慮，盡量達(dá)到線路初期投資小和變壓器損耗低的優(yōu)化方案。
4、結(jié)論：
對(duì)于變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)根據(jù)變壓器現(xiàn)有的技術(shù)參數(shù)結(jié)合實(shí)際負(fù)荷情況及現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇合理的變壓器運(yùn)行方式及變壓器容量，以便能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少變壓器的有功功率損耗。
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