如何提高主變壓器的經(jīng)濟(jì)效益

趙旭　李聰明

摘要：近年來(lái)，為了提高供電可靠率，絕大部分變電站都安裝了兩臺(tái)變壓器。變壓器是電力網(wǎng)中的主要電氣設(shè)備，由于它的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、損耗比較大，合理選擇和安排主變?nèi)萘考斑\(yùn)行方式是降損節(jié)能的主要措施。文章對(duì)如何提高主變壓器的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：變電站；主變壓器；經(jīng)濟(jì)效益；供電可靠性；電氣設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM406 文章編號(hào)：1009-2374（2015）27-0148-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.076

電力網(wǎng)電能損耗是電力部門的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，也是電力系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)營(yíng)管理水平的綜合反映，所以降低電網(wǎng)損耗，對(duì)搞好節(jié)能和提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義。電能損耗包括電能在輸電、變電、配電、用電等各個(gè)環(huán)節(jié)中的損耗。很多單位和部門往往只注重配電和用電環(huán)節(jié)，而卻往往忽視了變電這一環(huán)節(jié)。筆者曾從事變電運(yùn)行多年，下面就從變電這個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)明。變壓器是電力網(wǎng)中的主要電氣設(shè)備，也是電力網(wǎng)中不可缺少的電氣設(shè)備，由于它的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、損耗比較大，合理選擇和安排主變?nèi)萘考斑\(yùn)行方式是我們降損節(jié)能的主要措施。那么如何使變壓器在經(jīng)濟(jì)狀況下運(yùn)行呢？

1 變壓器的損耗計(jì)算

變壓器在傳輸電能過(guò)程中，本身要消耗一部分電能，這部分電能損耗由兩部分組成：一部分是由變壓器的勵(lì)磁電流造成的損耗，基本上是固定不變的，所以叫不變損耗（即鐵損），用字母P0來(lái)表示；另一部分是由負(fù)荷電流造成的損耗，其大小與變壓器所帶負(fù)荷電流的平方成正比，這部分損耗是可變的，所以叫可變損耗（即銅損），用字母Pke來(lái)表示。變壓器損耗的計(jì)算公式為：

第一，單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，在各種負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)的總損耗為：

（1）

第二，兩單臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，在各種負(fù)荷下運(yùn)行時(shí)的總損耗為：

（2）

上式中由于我們主變?nèi)萘枯^小，由無(wú)功功率損耗所引起的有功功率損耗可忽略不計(jì)。

2 變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷

根據(jù)理論推導(dǎo)，當(dāng)變壓器的不變損耗等于可變損耗時(shí)，即變壓器的銅損和鐵損相同時(shí)，效率達(dá)到最佳狀態(tài)。這時(shí)變壓器所帶負(fù)荷叫做經(jīng)濟(jì)負(fù)荷。因此，變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)為：

（3）

例1：有一臺(tái)35/10kV的鋁繞組變壓器，容量為1800kVA，空載損耗P0=3600W，短路損耗Pke=24000W，則：

即這臺(tái)變壓器的負(fù)荷是額定負(fù)荷的38.7%時(shí)最經(jīng)濟(jì)，這時(shí)的負(fù)荷約為774kVA。如果這臺(tái)變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，則其負(fù)荷是經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的2.58倍，但可變損耗是不變損耗的6.6倍。以上例子說(shuō)明，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷大于變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷時(shí)，變壓器的可變損耗將會(huì)成倍的增長(zhǎng)。在我們?nèi)粘９ぷ髦校蚬芾砣藛T認(rèn)識(shí)不夠，心里沒有一個(gè)明確的概念，沒有實(shí)地去測(cè)算負(fù)荷，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)“大馬拉小車或小馬拉大車現(xiàn)象”，這顯然是不合理的。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)行中，變壓器不可能經(jīng)常在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下運(yùn)行，我們應(yīng)根據(jù)轄區(qū)的負(fù)荷情況來(lái)制定一個(gè)負(fù)荷范圍，這個(gè)范圍的上下限與經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的差值不要過(guò)大，使變壓器在這個(gè)范圍內(nèi)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

3 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

近年來(lái)，隨著農(nóng)網(wǎng)工程的升級(jí)改造，為了提高供電可靠性和降低損耗，變電站原有高耗能主變壓器都已更新，絕大多數(shù)的變電站都已設(shè)計(jì)為兩臺(tái)有載調(diào)壓變壓器。其有兩種形式：一種是兩臺(tái)相同參數(shù)的變壓器的并列運(yùn)行；另一種是兩臺(tái)變壓器的容量和損耗不等時(shí)的運(yùn)行。因?yàn)槲覀冞@方面的知識(shí)比較缺乏，供電所、變電站運(yùn)行人員有相當(dāng)一部分同志這樣認(rèn)為：兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，只要總負(fù)荷小于其中一臺(tái)主變的容量時(shí)，有一臺(tái)主變運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)，其實(shí)并不是這樣。讓我們來(lái)分析上述兩種情況：

3.1 兩臺(tái)相同參數(shù)的變壓器的并列運(yùn)行

在輕負(fù)荷時(shí)，若并列運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)不變，則線圈中的銅損很小，而鐵損在總損耗中所占的比重較大。這時(shí)如果認(rèn)為切除一臺(tái)變壓器來(lái)減少變壓器的總損耗，這顯然是不科學(xué)的。我們想，當(dāng)只有一臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，變壓器的鐵損減少了，但由于負(fù)荷加在一臺(tái)變壓器上，而銅損增加了。下面我們不妨用舉例的方法加以說(shuō)明：

例2：有一座變電站裝有兩臺(tái)2000kVA的主變壓器，其空載損耗P0=4200W，短路損耗Pke=24000W，當(dāng)在一定負(fù)荷下，由一臺(tái)或兩臺(tái)并列運(yùn)行時(shí)，其變壓器的損耗可根據(jù)上面的公式1和2來(lái)計(jì)算，如表1：

表1 表2

由表1可知，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，由一臺(tái)主變運(yùn)行和兩臺(tái)主變并列運(yùn)行其總損耗是相差不大的。負(fù)荷小于這一數(shù)值時(shí)，應(yīng)由一臺(tái)主變運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)，負(fù)荷大于這一數(shù)值時(shí)，應(yīng)由兩臺(tái)主變并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。那么這一負(fù)荷數(shù)值叫“臨界負(fù)荷”。臨界負(fù)荷的計(jì)算公式為：

（4）

當(dāng)總負(fù)荷大于臨界負(fù)荷時(shí)，n臺(tái)變壓器并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)，當(dāng)總負(fù)荷下降到小于臨界負(fù)荷時(shí)，切除一臺(tái)變壓器運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

有了這一公式，例2就可以直接計(jì)算了。

kVA （5）

當(dāng)總負(fù)荷大于1183kVA時(shí)，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)，當(dāng)總負(fù)荷小于1183kVA時(shí)，只用一臺(tái)變壓器運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。這和表1中的計(jì)算結(jié)果是相同的。

3.2 兩臺(tái)變壓器的容量和損耗不等時(shí)的運(yùn)行

如果有兩臺(tái)容量不等的變壓器并列運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，不能用上面的式（4）來(lái)直接計(jì)算出臨界負(fù)荷。那么怎么辦呢？我們不妨先用上面列表的方法用式（1）和式（2）來(lái)計(jì)算，通過(guò)比較我們有了深刻的認(rèn)識(shí)。最后我們?cè)儆霉絹?lái)計(jì)算?，F(xiàn)舉例說(shuō)明：

例3：某變電站有一臺(tái)2000kVA的主變（P0=4200W，短路損耗Pke=24000W）和一臺(tái)3150kVA的主變（P0=5800W，短路損耗Pke=33000W）。

那么在不同負(fù)荷下主變單臺(tái)運(yùn)行和并列運(yùn)行功率損耗如表2，變壓器的損耗可根據(jù)上面的式（1）和式（2）來(lái)計(jì)算。

由表2同樣可以看出：當(dāng)S<800kVA時(shí)，2000kVA主變單臺(tái)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；當(dāng)S>800kVA時(shí)，3150kVA主變單臺(tái)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；當(dāng)S>1800kVA時(shí)，兩臺(tái)主變并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。顯然用列表法來(lái)尋找臨界負(fù)荷是比較麻煩的，下面我們用公式來(lái)計(jì)算，其結(jié)果是一樣的。

假若有A、B兩臺(tái)主變，其空載損耗分別為△P0A、△P0B，短路損耗分別為△PdA、△PdB。

第一，A、B兩變單臺(tái)運(yùn)行的臨界負(fù)荷點(diǎn)計(jì)算公式為：

（5）

當(dāng)SSj1時(shí)，△P0大的變壓器運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

第二，A變單臺(tái)運(yùn)行和A、B兩臺(tái)并列運(yùn)行的臨界負(fù)荷點(diǎn)計(jì)算公式為：

（6）

當(dāng)SSj2時(shí)，A、B兩臺(tái)并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

第三，B變單臺(tái)運(yùn)行和A、B兩臺(tái)并列運(yùn)行的臨界負(fù)荷點(diǎn)計(jì)算公式為：

（7）

當(dāng)SSj3時(shí)，A、B兩臺(tái)并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。

有了這三個(gè)公式，我們就可以直接計(jì)算了，將參數(shù)分別代入式（5）、式（6）、式（7）中，可得：

Sj1=770kVA，Sj2=1230kVA，Sj3=1890kVA

畫坐標(biāo)圖說(shuō)明：

圖1

當(dāng)S<770kVA時(shí)，A主變單臺(tái)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；當(dāng)S>770kVA時(shí)，B主變單臺(tái)運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；當(dāng)S>1890kVA時(shí)，兩臺(tái)主變并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)。比較上述兩種方法其計(jì)算結(jié)果基本一致。

綜上所述，調(diào)度值班員或變電站運(yùn)行人員要制定各變電站主變經(jīng)濟(jì)負(fù)荷曲線，根據(jù)負(fù)荷曲線合理安排主變的運(yùn)行方式，以降低損耗，提高效益。

作者簡(jiǎn)介：趙旭（1974-），男，內(nèi)蒙古興和人，供職于興和電力公司，中級(jí)職稱，研究方向：電力；李聰明（1967-），男，內(nèi)蒙古興和人，供職于興和電力公司，中級(jí)職稱，研究方向：電力。

（責(zé)任編輯：蔣建華）