利用變壓器的效率曲線合理組織電力網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

蔣濤四川省綿陽(yáng)市河道管理局

利用變壓器的效率曲線合理組織電力網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

蔣濤
四川省綿陽(yáng)市河道管理局

在電力網(wǎng)的運(yùn)行中，變壓器的有功損耗是不容忽視的，它約占整個(gè)線損指標(biāo)中的10%—30%。變壓器的功率損耗是由鐵芯損耗和繞組損耗組成的，繞組損耗要隨負(fù)荷的變化而變化。在變壓器運(yùn)行時(shí)，根據(jù)其負(fù)荷變化和變壓器的固定參數(shù)，可以制定出變壓器的效率曲線，利用它，可以合理組織電力網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，使系統(tǒng)盡量處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，又能降低損耗，使變壓器達(dá)到最佳工況。

一、數(shù)學(xué)模型的建立

當(dāng)有N臺(tái)同容量變壓器并列運(yùn)行時(shí)，其變壓器的總損耗△PT（n）為：

變電站輸出的有功功率為：

SN表示一臺(tái)變壓器的額定容量；

△Po、△Pd分別表示變壓器的空載損耗和短路損耗；

Ssr、Psr分別表示輸入變電站的視在功率和有功功率；

Psc表示變電站輸出的有功功率。

COS?sr為變電站的輸入功率因素，則有：

變壓器的效率用η表示，則有：

把（A）、（B）、（C）式帶入（D）式，整理后有COS?srCOS?sr是兩個(gè)變量。因此，η是Ssr、COS?sr的二元函數(shù)。

sr

我們來(lái)求它的極值條件，對(duì)（E）式求偏導(dǎo)函數(shù)

COS?sr不同值時(shí)，η'max有不同的值。

然而，在實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中，功率因數(shù)不可能達(dá)到極值條件的要求。從上面數(shù)學(xué)模型看出，變壓器的效率是隨功率因素和負(fù)荷的變化而變化的。

二、效率曲線的制作

表1

下面，我們以電力網(wǎng)常采用的2×5000KVA容量的變電站為例，來(lái)說(shuō)明效率曲線的制作和運(yùn)用：

S9系列5000KVA變壓器的參數(shù)為：△Po＝4.2kw,△Pd＝27.9kw。當(dāng)通過(guò)主變的負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)計(jì)算其效率有下列值。（見(jiàn)表1）

從表1數(shù)字直觀地看到（也可從式（E）的效率曲線方程式），在同一負(fù)荷率情況下，隨著COS?sr的增加，效率值也越高；在同一COS?sr值情況下，隨著負(fù)荷率的增大，效率也增大，達(dá)到一定值后，效率反而下降。以此說(shuō)明變壓器的效率是有極值的，同我們前面解析分析是一致的。

當(dāng)COS?sr＝0.8時(shí)的效率曲線見(jiàn)圖1。

由效率曲線圖可知，在負(fù)荷率較小時(shí)，投入一臺(tái)主變比兩臺(tái)主變并列運(yùn)行時(shí)的效率高，隨著負(fù)荷率增大，兩臺(tái)主變并列運(yùn)行時(shí)的效率高。那么，究竟在多大負(fù)荷率情況下，投入一臺(tái)或兩臺(tái)呢？只要我們找到效率曲線點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的負(fù)荷（稱為臨界負(fù)荷SLJ），就可以確定其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

N臺(tái)和（N-1）臺(tái)效率曲線相交時(shí)，有ηN＝ηN-1，由（E）式有：

圖1 效率曲線圖

當(dāng)輸入功率Ssr＜SLJ時(shí)，宜投入（N-1）臺(tái)變壓器并列運(yùn)行；當(dāng)Ssr＞SLJ時(shí)，宜投入N臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。

對(duì)于上例，其臨界功率由（G）式有

三、結(jié)論

根據(jù)效率曲線，可以合理組織變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。一般情況下，可少損失數(shù)萬(wàn)千瓦時(shí)電量，甚至可達(dá)到十萬(wàn)千瓦時(shí)電量，若負(fù)荷的功率因數(shù)較低時(shí)，變壓器的電能損失減少量就更加明顯。對(duì)于一個(gè)由若干變電所形成的電力網(wǎng)來(lái)說(shuō)，若系統(tǒng)都組織變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，那么光變壓器損失這一項(xiàng)就可以少損失電量達(dá)數(shù)十萬(wàn)千瓦時(shí)。因此，每個(gè)變電站都根據(jù)主變參數(shù)作出各自的效率曲線，并確定其臨界功率，以便根據(jù)季節(jié)性變化的負(fù)荷組織變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，盡量提高功率因數(shù)，使變壓器工作在高效區(qū)或接近高效區(qū)。在地方電力網(wǎng)中，枯水期電力嚴(yán)重不足，嚴(yán)重地影響了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活，產(chǎn)生了極大的社會(huì)影響，系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就顯得更為重要了。在這期間，除組織變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行外，一方面可以利用系統(tǒng)中的無(wú)功容量，盡量提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，另一方面，可根據(jù)各變電站的負(fù)荷情況，參照變壓器的高效區(qū)，合理分配變電站的負(fù)荷，以減少電能損失，充分發(fā)揮每一千瓦時(shí)電的利用率。

對(duì)于主變臺(tái)數(shù)大于兩臺(tái)的變電站，利用變壓器效率曲線進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其效果更為明顯。

有些采用母子式容量的變電站，其效率曲線的制作可參照上面作法，但要注意：

①其容量不同，各種損耗參數(shù)也不同；

②變電站的容量不能全部利用。

蔣濤（1959-），男，漢族，四川省綿陽(yáng)市人，四川省綿陽(yáng)市河道管理局副局長(zhǎng)，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，研究方向：水利電力工程的建設(shè)運(yùn)行及管理。