變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量的計(jì)算.doc

變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量的計(jì)算 一、問題的引出在整個(gè)電力系統(tǒng)中，從發(fā)電直到最終用戶，通常要經(jīng)過(guò)35次變壓器的變壓傳遞。因此，在電力系統(tǒng)中，變壓器的總?cè)萘窟h(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)發(fā)電機(jī)組和電動(dòng)機(jī)的容量。變壓器在傳遞電能的過(guò)程中，本身要消耗有功功率和無(wú)功功率。據(jù)有關(guān)資料表明，變壓器的總電能損耗約占整個(gè)電力系統(tǒng)全部損失的27左右。因此，合理的、準(zhǔn)確的計(jì)算確定變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量是降耗節(jié)能的手段之一。這里介紹變壓器在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件下，如何準(zhǔn)確計(jì)算最佳經(jīng)濟(jì)容量及計(jì)算實(shí)例。 二、變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù) (1)、空載電流（I0）空載電流（I0）主要是在變壓器中建立起工作磁通，并且維護(hù)一次繞組中的低量損耗，所以常把空載電流I0稱之為勵(lì)磁電流。其大小和鐵芯材質(zhì)、磁路的幾何尺寸及制造工藝等有關(guān)。銘牌所給的空載電流常用百分比表示。 (2)、空載損失（P0）空載電流I0在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通，由交變磁通引起渦流損失和磁滯損失。而且這兩種損失都是在空載條件下產(chǎn)生的，與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，所以稱為空載損失（P0）又因其損失主要發(fā)生在鐵芯中，故又稱鐵損。它與鐵芯的材質(zhì)和制造工藝有關(guān)。 (3)、短路電壓（Uk）將變壓器2次繞組短路，一次繞組加電源電壓，使得二次繞組側(cè)達(dá)到額定電流時(shí)，在一次繞組兩端測(cè)出的電壓值，稱變壓器的短路電壓（Uk）。 (4)、短路損失（Pk）在額定空載條件下，其1次、2次繞組所產(chǎn)生的功率損失（稱銅損），由于它是在短路試驗(yàn)方法取得的，所以稱短路損失。變壓器的損失和繞組的溫度有關(guān)，所以銘牌中給出的短路損失（Pk），系指在繞組溫度75時(shí)額定負(fù)載所產(chǎn)生的功率損失。 (5)、無(wú)功功率損失在空載電流I0標(biāo)定時(shí)，等式兩邊同乘以額定電壓，可得出空載無(wú)功損失Q0 即：Q0I0Se102（21） 同理：在短路電壓Uk，兩邊同乘以額定電流后，便可得到負(fù)載無(wú)功損失Qk 即：QkUkSe102（22）以上各式均按國(guó)標(biāo)單位計(jì)算。 三、變壓器容量的計(jì)算方法準(zhǔn)確計(jì)算變壓器最佳經(jīng)濟(jì)容量，是一個(gè)與眾多因素有關(guān)的復(fù)雜課題，諸如負(fù)載的大小、狀態(tài)、性質(zhì)、變壓器的過(guò)載能力，及制造廠家的工藝水平，材料等等。在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮的出發(fā)點(diǎn)和要求不同時(shí)，選擇的容量大小也會(huì)產(chǎn)生差異。 (1)、常規(guī)方法根據(jù)電力工程設(shè)計(jì)手冊(cè)，變壓器容量應(yīng)根據(jù)計(jì)算負(fù)荷選擇，對(duì)平穩(wěn)負(fù)荷供電的單臺(tái)變壓器，負(fù)荷率一般取85左右。 即：=S/Se 式中：S計(jì)算負(fù)荷容量（kVA）；Se變壓器容量（kVA）；負(fù)荷率（通常取8090） (2)、按最大效率選擇根據(jù)電機(jī)學(xué)知識(shí)得知，當(dāng)變壓器最高效率出現(xiàn)的負(fù)荷系數(shù)，稱之為最佳負(fù)荷系統(tǒng)?？紤]變壓器長(zhǎng)期在額定電壓下,不可能滿負(fù)載,為提高經(jīng)濟(jì)性,因此取ip0506。那么，當(dāng)效率最高時(shí)，變壓負(fù)荷為S，則可利用下式求出變壓器的容量。 Scm=S/ip (3)、按最佳運(yùn)行條件計(jì)算 1、基本思路。圖1給出了兩臺(tái)變壓器的損失曲線P01和P02，額定容量分別為Se1和Se2，且Se2Se1。從圖1可看出，當(dāng)負(fù)荷為S1時(shí)，P01P02，則選擇容量為Se1的變壓器較為合理；若負(fù)荷為S2時(shí)，由于P02P01，則應(yīng)選擇容量為Se2的變壓器較為合理。如果這時(shí)負(fù)荷S等于SLp時(shí)，則無(wú)論選擇容量為Se1或者Se2都可以。其變壓器的功率損失都一樣。關(guān)鍵問題是如何確定SLP這個(gè)臨界容量？ 2、臨界容量SLP的確定。從圖1中得知，為確定臨界容量SLP，必須使兩臺(tái)變壓器在臨界容量SLP下?lián)p耗相等，并令SSLP，則有有功損耗最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件。 同理，無(wú)功損耗最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件為 臨界經(jīng)濟(jì)容量SLP（SLQ）的物理意義為：當(dāng)負(fù)荷實(shí)際需用變壓器容量S1SLP時(shí)，應(yīng)選擇容量為Se1的變壓器；反之，當(dāng)實(shí)際負(fù)荷所需的變壓器容量為S2SLP時(shí)，應(yīng)選擇容量為Se2的變壓器。如果在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，出現(xiàn)分別使用有功損耗臨界最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件和無(wú)功損耗最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件計(jì)算出的結(jié)果相互不一致時(shí)，則應(yīng)按綜合功率的臨界最佳經(jīng)濟(jì)條件SLZ來(lái)計(jì)算。 式中：P0空載有功損耗（kW）；Pk負(fù)載有功損耗（kW）；Q0空載無(wú)功損耗（kvar）；Qk負(fù)載無(wú)功損耗（kvar）；Se11變壓器額定容量（kVA）；Se22變壓器額定容量（kVA）；K無(wú)功經(jīng)濟(jì)容量當(dāng)變壓器為110 kV，K取01。 四、實(shí)例計(jì)算我廠擁有一座110 kV63 kV配電站，系統(tǒng)內(nèi)有自備發(fā)電機(jī)組容量為25 MW。裝置總用電負(fù)荷為16 MVA。預(yù)計(jì)我廠在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，不會(huì)增加負(fù)荷。在正常的工況下，系統(tǒng)內(nèi)的cos09。 (1)、按常規(guī)設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)三、(1)得知，對(duì)單臺(tái)主變壓器平穩(wěn)負(fù)荷，并且負(fù)載系數(shù)取085，則按（31）式計(jì)算有 又據(jù)計(jì)算的負(fù)荷Se以及變壓器產(chǎn)品樣本選擇如下型號(hào)：SFZ820000110 (2)、按最大效率選擇根據(jù)三、(2)得知，最佳負(fù)荷系數(shù)ip0506，取ip055，則采用式（33）計(jì)算求出此時(shí)變壓器的容量。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，再查找變壓器產(chǎn)品樣本。應(yīng)選擇如下容量等級(jí)：SFZ831000110。上述兩種計(jì)算方法，其結(jié)果選擇的變壓器容量相差兩個(gè)容量等級(jí)。因此，還應(yīng)按最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件來(lái)進(jìn)一步核算，選擇出一個(gè)較為合理的容量等級(jí)。 (3)、按最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件計(jì)算因?yàn)?，在按常?guī)設(shè)計(jì)方法和按最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件計(jì)算，其結(jié)果分別為20 MVA和31MVA容量等級(jí)。為了能保證配電系統(tǒng)今后有發(fā)展的余地，我們假設(shè)取25 MVA容量等級(jí)作為它們兩者之間參考容量。為了能有參考比較，在此分別列出20MVA和25 MVA容量等級(jí)的銘牌技術(shù)參數(shù)。并且根據(jù)式（21）和（22）分別計(jì)算出空載無(wú)功損失Q0和負(fù)載無(wú)功損失Qk。 SFZ820000110：P01235kW PK1104 kW I01090 Uk1105則：Q01I0Se1020920000102180 kvar QK1UkSe102105200001022 100 kvar SFZ825000110：P02270 kW PK21230 kW I02085 Uk2105則：Q02I0Se1022125 kvar Qk2UkSe102105250001022 625 kvar分別根據(jù)有功損失的臨界容量SLQ；無(wú)功損失的臨界容量SLQ；及綜合功率的臨界容量SLZ最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件進(jìn)行驗(yàn)算，最后確定哪個(gè)具體的容量等級(jí)的變壓器最適合于配電系統(tǒng)。根據(jù)式（35）有功損失最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件計(jì)算SLP。根據(jù)式（36）無(wú)功損失的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件計(jì)算SLQ。 再根據(jù)綜合功率損失的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件來(lái)計(jì)算SLZ。 按照三、(3)及圖1和臨界經(jīng)濟(jì)容量的物理意義得知。因?yàn)镾FZ820000110的容量小于SFZ825000110容量，并且知道變壓器的負(fù)荷S分別大于SLP、SLQ和SLZ。因此，按照三、(3)可判斷采用SFZ825000110等級(jí)容量的變壓器是一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)的容量等級(jí)。 五、比較 通過(guò)以上實(shí)例計(jì)算，按照不同的方法和思路計(jì)算出所需變壓器容量的大小差異比較大，這樣一來(lái)給設(shè)計(jì)者選擇一臺(tái)最佳經(jīng)濟(jì)容量的變壓器造成一定的困難。只有通過(guò)對(duì)有關(guān)最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)算，才能比較合理的選擇滿足負(fù)荷條件下的最佳經(jīng)濟(jì)容量。如果我們初步根據(jù)常用設(shè)計(jì)方法，選擇了SFZ820000110和SFZ825000110兩個(gè)容量等級(jí)的變壓器。對(duì)這兩臺(tái)不同容量的變壓器的有功損失的大小進(jìn)一步驗(yàn)算，選擇一臺(tái)有功損失比較小的那個(gè)容量等級(jí)變壓器更為經(jīng)濟(jì)合算。 根據(jù)式（34）分別算出變壓器的功率損故在本例中應(yīng)