电力变压器的经济运行分析与优化

电力变压器的经济运行分析与优化

摘要:电力是我国能源的主要组成部分。在电力系统中,变压器的总台数多,容量大,变压器能否经济运行,是电力系统经济运行的一个重要环节,也是当前企业减少成本支出一个重要途径。通过对变压器经济运行的分析,确定变压器运行的最佳经济点。

关键词:变压器损耗经济运行优化

1 变压器运行中的主要损失

1.1 空载电流与空载损失

空载电流的作用是建立工作磁场,又称励磁电流。当变压器二次侧开路,在一次侧加电压U1e时,一次侧要产生电流Io空载电流。通常变压器激磁阻抗Zm远大于变压器一次阻抗Z1,则Z1可以忽略。

Io=U1e/(Z1+Zm)

Z1---变压器一次阻抗

Zm---变压器激磁阻抗

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称为空载损失(P0)(又叫铁损)。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。

1.2 短路电压(短路阻抗)与短路损失

短路电压是指在进行短路试验时,当绕组中的电流达到额定值,则加在一次侧的电压。

uk%=Uk/U1e *100%

从运行性能考虑,要求变压器的阻抗电压小一些,即变压器总的漏阻抗电压小一些,使二次侧电压波动受负载变化影响小些;但从限制变压器短路电流的角度,阻抗电压应大一些。

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。

有功经济负载系数jP=(Po / Pk)1/2

无功经济负载系数jQ=(Io %/ Uk %)1/2

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10000KV A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。

3 变压器的经济运行方式

3.1 单台变压器的经济运行

单台变压器的经济运行主要有三种做法:(1)增设小容量变压器;(2)更换过轻负载;(3)共用变压器。

3.2 双台变压器的经济运行

对于一些重负载的变电所,多数都装配了两台变压器,如需要一台备用时,必须选择特性好的运行工作,而不管是几台运行方式,要根据负载和变压器技术参数来进行合理选择。

3.3 多台变压器的经济运行

对于多台变压器的变电所,可以并列运行,并要编制最佳组合的运行方式,合理选择变压器的台数。

4 存在的主要问题

(1)企业电力系统设计时,由于考虑负荷发展需要,变压器容量一般选择偏大,远超出实际需求负荷。同时,用电设备时效性、季节性较强,一些大型负荷(如抽水泵、锅炉、空压机等)仅仅运行1～2 个小时/天;但为了保障安全供电,变压器仍处于全天24 小时轻载甚至空载运行中。(2)对于配电变压器,单相用电负荷所占

比重较大,远大于三相用电负荷,普遍存在三相不平衡现象,使变压器损耗增加。(3)随着企业用电负荷的逐年增加,电网的功率因数也发生了很大的变化,原有的无功补偿装置已经远远不能满足需要。部分企业甚至将功率因数补偿装置闲置起来,造成变压器的总体功率因数不高。(4)部分电网中还存在着一些老的高耗能变压器,造成电网线损率过高。

5 优化措施

5.1 合理调整负荷

对于一些轻载运行、“大马拉小车”(负荷率小于30 %)的变压器,若长期处在不合理的轻载运行状态,容量得不到充分的利用,可在低负荷季节内进行一些简单的调整。

5.2 相间调整负荷的优化

在供电相同负荷的条件下,当三相负荷不平衡达到最大时,变压器的有功功率损耗可达三相负荷平衡时有功功率损耗的3倍。同时,三相负荷不平衡还会造成低压线损的增加。在输送相同功率的条件下,三相负荷不对称运行造成的变压器和低压线路的损耗较对称运行要高得多,运行极不经济。

5.3 民用负荷错峰开动

根据民用电负荷分布不均匀,尤其晚高峰负荷很高的特点,安排民用电中的后勤单位等错峰开动序列表。在确保居民生活用电正常供应的前提下,也保证了后勤单位的正常运行。在夏季民用电的最高峰期,甚至可以调整部分生产秩序,将抽水、排污等工序为民用高峰让路。在不增加变压器投运容量的情况下,确保民用电的正常、连续供电,满足民用电的需要。

5.4 采用电容无功补偿

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。对于50～80kV A的变压器,一般设手动补偿回路;对于100 kV A及以上变压器可设置自动补偿回路。无功补偿容量按变压器的额定容量15%～30%计算,分设三个回路(可以手动或按时控制投切并联电容器),并将电容器和微机型无功功率自动补偿控制器集中安装于变压器配电箱内。另外,技术人员要严密监视电网功率因数的变化情况,发现问题,立即采取措施,重新调整负荷分配,重新计算变配电所的功率因数和加装无功功率补偿装置,从而提高变压器的用电功率因数。

5.5 选择高效节能产品

选择变压器时,应选择新型号的节能型变压器。不仅对节约能源具有重要意义,而且他们的经济运行区更宽,更能适应负荷变化大的需求。

5.6 从技术上经济运行

(1)减少变压器的降压次数,就减少了变压器的损耗。(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。(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。(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。

主要从事铁路电务通信、信号、电力设备的管理与安全生产。