电力变压器经济运行分析

电力变压器经济运行分析
发表时间：2015-12-21T15:52:49.520Z 来源：《电力设备》2015年5期供稿作者：马飞
[导读] 内蒙古乌兰察布电业局作为电力系统电压变换的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域，变压器容量的选择直接影响到电网的运行和投资。

马飞
（内蒙古乌兰察布电业局 012000）
前言
变压器经济运行模式下，变压器有功损耗的计算和使用寿命分析，提出的双时段控制法在充分考虑变压器及其控制开关运行条件的前提下，根据实际运行负荷的变化规律，将日负荷曲线分为2个典型时间段，通过调整变压器在2个时间段内的运行状态，最大限度地降低变压器自身的电能损耗，延长变压器使用寿命。

一、电力变压器
作为电力系统电压变换的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域，变压器容量的选择直接影响到电网的运行和投资。

对供电部门的公用变压器而言，会使低压网络变大造成过多消耗有色金属；选择容量过大的变压器会很快满载，会限制负荷的发展。

变压器经济运行与否，是由所带负荷大小、本身能耗的功率以及变压器在磁化过程中引起的空载无功损耗、绕组电抗中的短路无功损耗等因素决定的。

因此，必须根据变压器的有关技术参数，通过合理地选择运行方式，加强变压器的运行管理，充分利用现有的设备条件，以达到节约电能的目的。

电力变压器是应用极为广泛的电气设备，从发电、供电直到用电，一般需经过约5次变压过程，每次变压都要产生电能损耗。

由于变压器台数多，总容量大，所以在电力系统中，变压器的总损耗约占总发电量的8%。

因此，对电力变压器经济运行区的研究具有重要意义。

二、变压器的负载与损耗的关系
电力变压器的有功功率损耗包含变压器空载损耗和变压器负载损耗两部分，在一定的负载下，变压器的有功功率损耗可用下式表示：p=pn+pl2－1
p-总的有功功率损耗；
pn-空载有功功率损耗；
pl在一定负载下的负载有功功率损耗
pn=pt+kqt=pt+k（i0%se/100）2－2
pl=pf+kqf=pf+k（ud%se/100）2－3
pt为变压器额定空载有功损耗即变压器铁耗。

qt为变压器额定励磁功率i0%为变压器空载电流pf为变压器额定负载有功损耗即变压器铜损ud%为变压器阻抗电压k为无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般可取k=0.1kw/kvar se变压器额定容量根据公式可以计算出一台30kva和一台100kva变压器的有功功率损耗如下：
单从变压器功率损失来看，利用率在50％－70％间为变压器损失率最低、经济运行最好的情况。

三、相同负荷情况下变压器的选择
当三台30kva（合计容量为90kva）的变压器在利用率为50％～70％情况下并列运行，三台变压器的总损耗p1大于一台100kva在相同利用率情况下的总损耗p2。

因此两台及以上容量变压器较相应容量的一台的损失大，同时三台变压器的价格比一台相同容量的更高。

所以在相同负荷情况下变压器选择需要考虑一下几点：
1.在综合了解用户负荷前提下，尽量根据变压器工作在50％～70％利用率情况下选择变压器容量。

2.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。

3.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。

4.变压器的选择应根据变压器损耗和外接线路的投资来充分比较考虑，尽量达到线路初期投资小和变压器损耗低的优化方案。

四、科学管理和变压器经济运行
（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。

当前制造厂出厂的变压器，经济负载率大都是40～60%范围，对上面的四类负载都不完全适应，特别是对满载或轻载运行的变压器损失率是很大的。

因此，建议生产四个类型的变压器，其经济负载率分别为90%、65%、40%、20%。

各用电单位都能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，就可以大量节约有功电量和无功电量。

（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。

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。

（3）技术管理和经济运行
减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗；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；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，应作好变压器散热，降低变压器的温度。

五、调峰和变压器的经济运行
由于电力系统的用电负载功率每时每刻都在发生变化，而发电和用电每时每刻又都要保持相对的平衡，所以发电机的功率必须随着负载功率的变化而发生变化。

为此，当负载曲线出现较大的尖峰负载时，发电设备的容量可能满足不了负载的需要，这就是电力系统频率下降的原因。

鉴于上述情况，为了充分发挥发电设备的容量和防止系统的频率下降，要采取调整负载把尖峰负载功率压下去的办法，这就是调峰和调峰的原因。

调峰的另一个作用就是节电，当变压器运行方式已经固定时，在保持变压器总的供电负载不变的条件下，可以通过调整负载曲线和调整变压器间负载的分配，来降低变压器的有功损失和无功损失。

调峰实现变压器的经济运行包括：对电力负载波动的用电电位，通过调整负载曲线趋势；来提高变压器全日效率；一个地区、一个工厂（或一个变电所）有多台变压器分列供电合理地经济分配负载，使各台变压器总的有功损失和无功消耗为最小；如果是单台变压器供电和运行方式已固定时，通过调整负载，使变压器在经济运行区运行；用电容量大的电气设备避开变压器高峰负载而在变压器低谷负载时开动——躲峰节电，可提高变压器全日效率等。

综合上述，在分析计算变电所的经济运行方式时，不仅要根据变压器的技术参数和容量来选择变压器运行台数，同时还必须充分考虑到相同台数运行方式之间也存在着经济运行方式。

而且只有全面分析相同台数与不同台数运行方式之间的临界条件，才能全面准确地确定变电所的经济运行方式。

当然，还存在容量相同、短路电压相差较大和容量不同、短路电压相差较大的变压器经济运行方式。

同样的道理，可根据它们的有功功率、无功功率、综合功率确定临界容量，然后根据临界容量确定它们间的经济运行方式。

开展变压器经济运行范围很广，办法也很多，节电效果也很大。

其步骤应是先易后难，先简后繁。

可归纳为以下几点：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。

2．进行调峰和避峰。

在变压器经济运行方式已经固定的基础上，通过调峰使变压器间负载能接近经济分配；使变压器能在经济运行区运行；使负载曲线趋于平稳；并且使有条件的大容量用电设备能躲过变压器和系统的高峰负载运行。

3．通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。

4．对不合理的运行方式，必须用新增设变压器实现经济运行使，可增设小容量变压器、共用变压器增设联络线等。

结论
对于变压器的经济运行应根据变压器现有的技术参数结合实际负荷情况及现场情况，选择合理的变压器运行方式及变压器容量，以便能够实现变压器的经济运行，减少变压器的有功功率损耗。

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，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。