配電變壓器容量選擇的經(jīng)濟(jì)評價(jià)

王健

摘要：選擇配電變壓器的基本原則是變壓器的節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性，節(jié)能性則符合當(dāng)前的環(huán)境因素，節(jié)能減耗，能夠較大程度的降低對資源能源的消耗；經(jīng)濟(jì)性就是符合電力企業(yè)的經(jīng)營目標(biāo)，減少成本費(fèi)用，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，是整個企業(yè)得以生存的基礎(chǔ)。為此，在本文中，筆者將根據(jù)自己的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對配電變壓器的容量選擇的經(jīng)濟(jì)評價(jià)分析研究，希望對配電變壓器選擇工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：配電變壓器；容量選擇；經(jīng)濟(jì)評價(jià)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力的需求量越來越大，電網(wǎng)為適應(yīng)社會的需求，更換了大量的高能耗變壓器，而在配電變壓器的容量選擇中，通常都會根據(jù)電網(wǎng)規(guī)劃的負(fù)荷選擇標(biāo)稱容量略大于計(jì)算負(fù)荷的配電變壓器，這樣選擇的配電變壓器雖然在技術(shù)上符合負(fù)荷的要求，但其經(jīng)濟(jì)性卻得不到體現(xiàn)，考慮配電變壓器容量選擇的經(jīng)濟(jì)效益，對其進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評價(jià)是當(dāng)今電力企業(yè)的重點(diǎn)考慮問題。

1 問題提出

配電變壓器是聯(lián)系用戶和輸變電系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)樞紐，數(shù)量眾多、容量龐大。由于認(rèn)識的局限性，存在一些片面觀點(diǎn)。

（1）為降低設(shè)備初期投資，選用小容量的變壓器，使其盡可能接近負(fù)荷水平。

（2）變壓器負(fù)載率β保持在0.75左右是最佳運(yùn)行狀態(tài)，此時運(yùn)行費(fèi)用最低。

（3）本應(yīng)兩臺或以上變壓器并列運(yùn)行，卻只投運(yùn)一臺，以降低運(yùn)行費(fèi)用。

（4）為減少變壓器有功損耗，盲目追求最佳負(fù)載率，選用大容量變壓器。

根據(jù)我們對內(nèi)蒙古地區(qū)10kV，35kV配電變壓器供用電情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，上述問題普遍存在城、農(nóng)網(wǎng)改造中。因此，深入分析變壓器負(fù)載率、性能標(biāo)準(zhǔn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式具有重要的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2 變壓器的效率，經(jīng)濟(jì)損耗率分析

2.1 變壓器的損耗分為鐵耗和可變銅耗兩部分。

設(shè)計(jì)計(jì)算式：

△P=△P0+△PKβ2（1）

式中：△P———變壓器有功損耗

△P0———變壓器空載損耗

△Pk———變壓器短路損耗

β———變壓器負(fù)荷率

β=S/Se

S———變壓器總的計(jì)算視在負(fù)荷

Se———變壓器額定容量

變壓器效率：

η=P/（P+△P）

=Se（S/Se）cosφ/〔Se（S/Se）cosφ+△P 0+△PKβ2〕

=Seβcosφ/〔Seβcosφ+△P0+△PKβ2〕（2）

式中：P———變壓器計(jì)算有功負(fù)荷

cosφ———變壓器計(jì)算功率因數(shù)對式（2）求極大值，令dη/dβ=0，有：

△PKβ2=△P0（3）

式（3）表明，當(dāng)變壓器的鐵耗等于銅耗時，變壓器的效率最高。此時變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率：β1=（△P0/△PK）1/2，由于實(shí)際設(shè)計(jì)的變壓器為節(jié)省有色金屬（銅或鋁），變壓器往往設(shè)計(jì)成在額定負(fù)荷時銅耗大于鐵耗，故由圖（1）可見：實(shí)際的變壓器都是在β<1時才有最高的效率。變壓器滿負(fù)荷（β=1）時效率下降，是因?yàn)殂~耗所占損耗比例較大。

2.2 變壓器的損耗率

△P%=（△P/P）×100%=（△P0+△PKβ2）/（Seβcosφ）×100%（4）

對式（4）求導(dǎo)，△P Kβ2=△P 0時△P%有唯一極小值（即經(jīng)濟(jì)損耗率），見圖。β越小，△P%上升速度越快，鐵耗所占比例就越大。在β1的右側(cè)區(qū)域，損耗率隨著負(fù)荷的增加而逐漸增加，此時的損耗以銅耗為主。β越大，△P%上升速度越快，銅耗所占比例越大。在β1兩側(cè)一定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)（PA～PB），損耗率增減速度相對平緩。

3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域分析

上述討論得知，變壓器的損耗隨著負(fù)荷率的變化而變化，負(fù)荷率則影響變壓器的可變銅耗，銅耗所占損耗的比例決定變壓器的損耗率。設(shè)變壓器負(fù)荷率為βx時，銅耗所占損耗的比例為βx，則有：

x=△P Kβ2 x/（△P 0+△P Kβ2 x）

整理可得：

βx=（△P 0/△P K）1/2〔x/（1-x）〕1/2=β1〔x/（1-x）〕1/2

故有負(fù)荷率為βx時變壓器的損耗率：

△P x%={△P0/〔Seβ1 cosφ〔x/（1-x）〕1/2〕+△PKβ1 〔x/（1-x）〕1/2/（Se×cosφ）}×100%（5）

由于為負(fù)荷率β1時，鐵耗與銅耗相等，設(shè)此時經(jīng)濟(jì)損耗率為△P 1%，則：

△P 0（Seβ1 cosφ）×100%=△P K/（Seβ1 cosφ）×100%=1/2△P 1%

帶入△P x%=1/2△P 1%{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}，

設(shè)y=△P x%/△P 1%，則：

y=1/2{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}（6）

對式（6），當(dāng)x=0.5時，有極小值y=1；當(dāng)x=0，y趨于無窮大；當(dāng)x=1時，y也趨于無窮大。這是一條頂點(diǎn)的座標(biāo)為（0.5，1），以x=0.5相對稱的拋物線。變壓器銅耗占損耗的比例為x時，損耗率與其經(jīng)濟(jì)損耗率的關(guān)系曲線見圖2。

由圖2，在變壓器銅耗占損耗的比例為x=0.3～0.7之間的區(qū)域內(nèi)，變壓器損耗不超過其經(jīng)濟(jì)耗率的1.1倍。此時變壓器負(fù)荷率β為：β0.3=0.65β1，β0.7=1.53β1，這時變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域?yàn)?.65β1至1.53β1之間，變壓器負(fù)荷變化范圍為0.88β1。當(dāng)變壓器銅耗占損耗的比例為x=0.2～0.8之間時，變壓器損耗不超過其經(jīng)濟(jì)損耗率的1.25倍。這時變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域?yàn)?.5β1至2β1之間，變壓器負(fù)荷變化范圍為1.5β1。在變壓器銅耗占損耗的比例為x<0.2或x>0.8時，變壓器損耗率對其經(jīng)濟(jì)損耗率的倍數(shù)將急劇加大，變壓器不處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)以上分析，由于企業(yè)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，不可能都穩(wěn)定在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率β1這一點(diǎn)工作，故變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

4 工程設(shè)計(jì)配電變壓器容量選擇

對于設(shè)計(jì)時按照所計(jì)算的總視在功率計(jì)算值來進(jìn)行變壓器容量的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行選擇，則要考慮多方面的因素。

綜合以上考慮的因素，在內(nèi)蒙古地區(qū)的配電變壓器容量的設(shè)計(jì)確定時，一般可取變壓器的損耗率為其經(jīng)濟(jì)損耗率的1.1～1.25倍之間，相應(yīng)的x值在0.7～0.8之間，變壓器負(fù)荷率取值范圍在1.53β1～2β1之間，具體取值應(yīng)按設(shè)計(jì)時的實(shí)際情況和以后負(fù)荷變動情況靈活掌握，使所選變壓器發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益。內(nèi)蒙古地區(qū)的中小容量配電變壓器β值一般為45%左右，故其設(shè)計(jì)的負(fù)荷率β取值范圍在69%～90%之間。

5 結(jié)語

經(jīng)濟(jì)效益是一個電力企業(yè)生存發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在配電設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)用電負(fù)荷的實(shí)際情況，合理地分配用電負(fù)荷，科學(xué)選擇配電變壓器的容量以及數(shù)量，實(shí)現(xiàn)配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，同時，需要在經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上考慮其安全性與節(jié)能性，兩者出現(xiàn)矛盾時，優(yōu)先選擇安全性，從而促進(jìn)電力企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展，保障配電變壓器的使用安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]田以霖.農(nóng)村配電變壓器容量的選擇與經(jīng)濟(jì)效益分析[J].技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2011

[2]趙國棟，張彩艷.配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)載率與容量選擇[J].中國電力教育，2010

[3]劉建林，王輝.配電變壓器容量選擇的經(jīng)濟(jì)評價(jià)[J].電力應(yīng)用，2007