變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的分析
摘要：文章介紹了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率、臨界負(fù)荷率等基本概念，從合理選擇變壓器容量、選擇節(jié)能型變壓器、采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、擇優(yōu)汰劣、避免空載運(yùn)行以及降低變壓器的溫度等幾方面分析了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)能措施。并通過(guò)近年更換變壓器的實(shí)例，對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)能效果進(jìn)行分析。通過(guò)分析提出在確保變壓器安全運(yùn)行和保證供電質(zhì)量的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有設(shè)備通過(guò)擇優(yōu)選取變壓器最佳運(yùn)行方式，負(fù)載調(diào)整的優(yōu)化以及改善變壓器運(yùn)行條件，選用節(jié)能型變壓器等技術(shù)措施，從而達(dá)到向智力挖潛，向管理挖潛實(shí)施內(nèi)涵節(jié)電的目的。
關(guān)鍵詞：變壓器,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,節(jié)能降耗
變壓器是一種應(yīng)用極廣的耗能設(shè)備，變壓器在變壓和傳遞電功率時(shí)，自身要產(chǎn)生有功損耗和無(wú)功損耗，變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)節(jié)能降耗，達(dá)到國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要提出的目標(biāo)，意義十分重大。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在傳輸電量相同的條件下，通過(guò)擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。換言之，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運(yùn)行方式，從而降低用電單耗。所以，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無(wú)需投資，只要加強(qiáng)供、用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。
1、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)能措施
1.1合理選擇變壓器容量
變壓器作為一種靜止的電氣設(shè)備，由于沒(méi)有機(jī)械方面的損失，所以它的效率是比較高的，一般在額定狀況下均達(dá)96%以上。但是這樣一個(gè)高的效率并不是在任何情況下都能獲得的，它是由變壓器的負(fù)載率決定的。變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)按負(fù)載率大致可以分為三個(gè)區(qū)域一個(gè)點(diǎn)。
三個(gè)區(qū)域：
1)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)(最佳區(qū))：它的范圍一般在額定負(fù)載的25%—75%之間，在此區(qū)間效率較高。
2)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)(經(jīng)濟(jì)區(qū))：它的范圍一般在額定負(fù)載的15%—100%之間，在此區(qū)間效率尚可。
3)最劣運(yùn)行區(qū)(非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，過(guò)去俗稱的“大馬拉小車”區(qū))：它的范圍一般在10%—20%以下，在此區(qū)間效率低。
一個(gè)點(diǎn):
變壓器功率損耗最低點(diǎn)，或稱效率最高點(diǎn)，它位于最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)內(nèi)，一般在額定負(fù)載的40%左右。實(shí)際負(fù)載率在最佳區(qū)內(nèi)從兩邊越靠近綜合功率經(jīng)濟(jì)區(qū)負(fù)載系數(shù)點(diǎn)，效率越高。以上三個(gè)區(qū)域一個(gè)點(diǎn)各自對(duì)應(yīng)的實(shí)際效率是多少，只需通過(guò)某些計(jì)算即可獲得。
如何使變壓器運(yùn)行在其最佳區(qū)內(nèi)或功率損耗最低點(diǎn)附近，發(fā)揮出實(shí)際的高效率，才是我們關(guān)心和追求的，由于負(fù)載率直接與變壓器額定容量有關(guān)，于是對(duì)變壓器本身的額定容量就有了一個(gè)選擇要求。
1.1.1無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的引入
為了計(jì)算設(shè)備的無(wú)功損耗在電力系統(tǒng)中引起的有功損耗增加量，特引入一個(gè)換算系數(shù)，即無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，它表示電力系統(tǒng)中每減少l kvar的無(wú)功功率，相當(dāng)于電力系統(tǒng)所減少的有功功率損耗kW數(shù)，其符號(hào)為Kq。對(duì)工廠變配電所來(lái)說(shuō)，無(wú)功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量Kq=0.02～0.15(平均取K。=0.1)
1.1.2一臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率
變壓器的損耗包括有功損耗和無(wú)功損耗兩部分，而其無(wú)功損耗對(duì)電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通過(guò)Kq換算后等效為有功損耗。因此變壓器的有功損耗加上變壓器無(wú)功損耗所換算的等效有功損耗，就稱為變壓器有功損耗換算值。一臺(tái)變壓器在負(fù)荷為S時(shí)的有功損耗換算值為
△P1≈△Po+Kq×△Qo+(△PK+Kq×△QN)(S/SN)2 (1)
式中：△PT——變壓器的有功損耗
△QT——變壓器的無(wú)功損耗
△P。——變壓器的空載損耗
△PK——變壓器的短路損耗
△Q。——變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗
△QN——變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗增量
SN——變壓器的額定容量
其中：△Q0≈SN×Io%/100 (2)
式中 Io%——變壓器空載電流占額定電流的百分值
△QN≈SN×Uk%/100 (3)
式中UK%——變壓器的短路電壓(阻抗電壓UZ)占額定電壓的百分值
要使變壓器運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷Sec下，就必須滿足變壓器單位容量的有功損耗換算值△P/S為最小值的條件。因此令d(△P/S)/dS=0，可得變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為
Sec=Sn △P0+Kq△Q0
△Pk+Kq△QN (4)
變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率或經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)為
kec = △P0+Kq△Q0
△Pk+Kq△QN (5)
一般電力變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為40%左右。
1.1.3兩臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)荷率
在變電所總負(fù)荷為S時(shí)，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，每臺(tái)變壓器承擔(dān)的負(fù)荷為s/2，兩臺(tái)變壓器的有功損耗換算值為
△PII≈2(△P0+Kq×△Qo)+2(△Pk+Kq×△QN)(S/SN)2 (6)
設(shè)單臺(tái)運(yùn)行及兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，有相等的有功損耗換算值，可導(dǎo)出單臺(tái)與兩臺(tái)變壓器并列方式之問(wèn)的臨界負(fù)荷Scr的計(jì)算公式
2×Scr= SN △P0+Kq△Q0
△Pk+Kq△QN (7)
當(dāng)SScr時(shí)，宜于兩臺(tái)運(yùn)行。
1.2選用節(jié)能型變壓器，
Sl0，S11系列35kV的電力變壓器是我國(guó)目前生產(chǎn)的低損耗產(chǎn)品，其損耗值與S7系列對(duì)比空載損耗可降低15%，負(fù)載損耗可降低30%。節(jié)能效果較為顯著，具有重量輕、體積小、損耗低、空載電流小、噪聲低、抗短路能力強(qiáng)、節(jié)能效果明顯等優(yōu)點(diǎn)。
1.3采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備提高功率因數(shù)
不同的功率因數(shù)引起的變壓器有功和無(wú)功消耗不同，即隨著功率因數(shù)的提高，變壓器的有功和無(wú)功消耗都要下降。功率因數(shù)穩(wěn)定在一個(gè)合理的較高值已是電力系統(tǒng)的一項(xiàng)極為重要的節(jié)電措施。因此采用提高功率因數(shù)和降低變壓器運(yùn)行溫度的措施，可使變壓器運(yùn)行在最佳工作狀況或接近這個(gè)狀況。當(dāng)功率因數(shù)達(dá)不到規(guī)定值的要求時(shí)(一般規(guī)定功率因數(shù)不得低于0.9)應(yīng)采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，提高功率因數(shù)。
1.4擇優(yōu)汰劣達(dá)到節(jié)能目的。
變壓器不是損壞后才更新，而是老化到一定程度，還要有一定剩值時(shí)就可以更新。一般為20年。自我站淘汰低效高耗能變壓器選用高效節(jié)能型變壓器后，年節(jié)約有功電量3241.2kWh，無(wú)功電量39244.8kVARh，綜合電量5606.4kWh。
1.5避免空載運(yùn)行。
對(duì)長(zhǎng)期處于空載的變壓器及時(shí)停止運(yùn)行，降低線損也比較明顯。我單位一臺(tái)35kV 1600kVA變壓器的空載損耗為2095W，停運(yùn)一天降低的電量損耗為50.28kWh，一個(gè)月可降低的電量損耗為150.84kWh。
1.6降低變壓器的溫度。
變壓器繞組的電阻隨著溫度增高而增大。對(duì)同一臺(tái)變壓器在同一負(fù)載下，如果溫度越低，損耗也越低。因此，應(yīng)作好變壓器散熱，降低變壓器的溫度。
2、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的節(jié)能效果分析
2010年我單位通過(guò)設(shè)備改造，用S10型節(jié)能變壓器替代老型號(hào)SZL7型變壓器，容量由2500KVA變?yōu)?600KVA。S10型變壓器空載損耗為2095W，SZL7型變壓器的空載損耗為3900W，替代后僅在鐵損(空載損耗)方面一年就節(jié)電(3900一2095)W×8760=16687.8 kW·h，相當(dāng)可觀。
新舊變壓器的容量、技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1
2.2.1新變壓器運(yùn)行分析如下：
變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗△Q0由公式(2)得11.2Kvar，變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗增量△QN由公式(3)得104Kvar，一臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率(Kq=0.1)Kec由公式(5)得 0.34，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷Sec 由公式(4)得544KVA。
2.2.2老變壓器運(yùn)行分析如下：
變壓器空載時(shí)的無(wú)功損耗△Q0由公式(2)得22.5Kvar，變壓器額定負(fù)荷時(shí)的無(wú)功損耗增量△QN由公式(3)得l67Kvar，一臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷率(Kq=0.1)Kec由公式(5)得0.38，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)荷Sec 由公式(4)得950KVA。
2.2.3我單位有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)兩臺(tái)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸功率P為1076KW，功率因數(shù)COS¢為0.9所以：S=P/COS¢=1196KVA此時(shí)，變壓器運(yùn)行時(shí)損耗△P1由公式(1)得l9.11KW。當(dāng)電動(dòng)機(jī)一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸功率P為538KW，功率因數(shù)COS¢為0.9所以：S=P/COS¢=598KVA此時(shí)，變壓器運(yùn)行時(shí)損耗△P1由公式(1)得7.20KW。
通過(guò)上述計(jì)算看出：根據(jù)管線壓力與輸量要求我站投入一臺(tái)電機(jī)，軸功率為538KW，新變壓器與電機(jī)匹配良好，工作在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。原變壓器則是大馬拉小車，加上投用已有20年，應(yīng)該淘汰。如果新變壓器帶兩臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，損耗是帶一臺(tái)電機(jī)的2.65倍，相應(yīng)的損耗增加，不經(jīng)濟(jì)。我站優(yōu)化運(yùn)行方式，一臺(tái)電機(jī)運(yùn)行，一臺(tái)備用，應(yīng)避免兩臺(tái)電機(jī)同時(shí)投用。因此更換新變壓器達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，節(jié)電效果是明顯的。
3 結(jié)論
變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不僅取決于運(yùn)行方式，同時(shí)更取決于變壓器的制造水平。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)用范圍很廣，節(jié)電效果很明顯，方法也很多。
(1)充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件，通過(guò)詳細(xì)分析和嚴(yán)密計(jì)算，選擇技術(shù)參數(shù)好的變壓器和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行;
(2)通過(guò)加強(qiáng)供電的科學(xué)管理來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;
(3)擇優(yōu)汰劣，選用節(jié)能型變壓器可較大幅度降低電能損耗。
參考文獻(xiàn)：
胡景生等著。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。中國(guó)電力出版社
劉介才著 工廠供電 機(jī)誡工業(yè)出版社
