變壓器經(jīng)濟(jì)運行分析論文_0

1、變壓器經(jīng)濟(jì)運行分析論文 1.緒論 變壓器經(jīng)濟(jì)運行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。換言之，經(jīng)濟(jì)運行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運行方式，從而降低用電單耗。所以，變壓器經(jīng)濟(jì)運行無需投資，只要加強供、用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。 2.概述 2.1變壓器的技術(shù)參數(shù) 2.1.1空載電流 空載電流的作用是建立工作磁場，又稱勵磁電流。當(dāng)變壓器二次側(cè)開路，在一次側(cè)加電壓U1e時，一次側(cè)要產(chǎn)生電流Io空載電流。通常Zm？Z1，則Z1可以忽略。 Io=U1e/（Z1+Zm）（2-1） Z1變壓器一次阻抗 Zm變壓器激磁阻抗 2.1.2

2、空載損失 由于勵磁電流在變壓器鐵芯產(chǎn)生的交變磁通要引起渦流損失和磁滯損失。渦流損失是鐵芯中的感應(yīng)電流引起的熱損失，其大小與鐵芯的電阻成反比。磁滯損失是由于鐵芯中的磁疇在交變磁場的作用下做周期性的旋轉(zhuǎn)引起的鐵芯發(fā)熱，其損失大小由磁滯回線決定。 2.1.3短路電壓（短路阻抗） 短路電壓是指在進(jìn)行短路試驗時，當(dāng)繞組中的電流達(dá)到額定值，則加在一次側(cè)的電壓。 uk%=Uk/U1e*100%（2-2） 從運行性能考慮，要求變壓器的阻抗電壓小一些，即變壓器總的漏阻抗電壓小一些，使二次側(cè)電壓波動受負(fù)載變化影響小些；但從限制變壓器短路電流的角度，阻抗電壓應(yīng)大一些。 2.1.4短路損失 短路損失Pk是變壓器在額定

3、負(fù)載條件下其一次側(cè)產(chǎn)生的功率損失（亦銅損）。變壓器繞組中的功率損失和繞組的溫度有關(guān)，變壓器銘牌規(guī)定的Pk值，指繞組溫度為75時額定負(fù)載產(chǎn)生的功率損失。 2.2變壓器存在經(jīng)濟(jì)運行的因素 2.2.1變壓器間技術(shù)參數(shù)存在差異 每臺變壓器都存在有功功率的空載損失和短路損失，及無功功率的空載消耗和額定負(fù)載消耗。因變壓器的容量、電壓等級、鐵芯材質(zhì)不同，所以上述參數(shù)各不相同。因此變壓器經(jīng)濟(jì)運行就是選擇參數(shù)好的變壓器和最佳組合參數(shù)的變壓器的運行方式運行。 2.2.2變壓器有功功率損失和損失率的負(fù)載特性 變壓器功率損失P（千瓦）、效率（%）和損失率P%（%）的計算公式： P=Po+2Pk（2-3） =P2/P1

4、=Secos/（Secos+Po+2Pk）*100（2-4） P%=P/P1*100%=（Po+2Pk）/（Secos+Po+2Pk）*100%（2-5） =I2/I2e=P2/Secos（2-6） P1變壓器電源側(cè)輸入的功率 P2變壓器負(fù)載側(cè)輸出的功率 cos負(fù)載功率因數(shù) 負(fù)載系數(shù) I2變壓器二次側(cè)負(fù)載電流 I2e變壓器二次側(cè)額定電流 由上圖可知變壓器損失率P%是變壓器負(fù)載系數(shù)的二次函數(shù)，P%先隨著的增大而下降，當(dāng)負(fù)載系數(shù)等于 jp=（Po/Pk）1/2（2-7） 時即銅損等于鐵損。然后P%又隨著增大而上升。jp是最小損失率P%的負(fù)載系數(shù)，稱為有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)。所以，當(dāng)固定變壓器運行時，可通

5、過調(diào)整負(fù)荷來降低P%. 2.2.3變壓器無功功率消耗和消耗率的負(fù)載特性 變壓器無功功率消耗Q的基本公式為： Q=Q0+2Qk（2-8） 為衡量變壓器傳輸單位有功功率時消耗的無功功率，便提出無功消耗率的公式： Q%=Q/Q1*100%（2-9） 2.3變壓器無功功率的經(jīng)濟(jì)運行 由于變壓器的變壓過程是借助于電磁感應(yīng)完成的。因此，變壓器是一個感性的無功負(fù)載。在變壓器傳輸功率時其無功損耗遠(yuǎn)大于有功損失。因此，在分析變壓器經(jīng)濟(jì)運行時，無功消耗和有功損失都要最小。 在額定負(fù)載條件下，變壓器的無功功率消耗和有功功率損失之比為： Kxr=Qe/Pe=（Q0+Qk）/（P0+Pk）（2-10） Kxr=（I0+

6、Ie）2Xm+Xk/（I0+Ie）2rm+rk（2-11） Kxr阻抗比 Qe、Pe變壓器自身無功消耗和有功損失 Xm、rm變壓器勵磁回路感抗和電阻 Xk變壓器額定負(fù)載下的漏磁感抗和 rk變壓器短路電阻 Kxr變壓器總的電抗和總的電阻之比，其值大小代表變壓器感性強度。阻抗比和變壓器的容量有關(guān)，容量在5607500KVA之間，Kxr510. 變壓器空載功率因數(shù)公式為： cos0=P0/S0（2-12） 由于變壓器是個感性負(fù)載，其空載功率因數(shù)很低，一般變化范圍為cos0=0.050.2.變壓器容量越大，cos0越小。 2.4變壓器技術(shù)特性優(yōu)劣的分析和計算 變壓器技術(shù)特性優(yōu)劣的分析和計算是分析計算變

7、壓器經(jīng)濟(jì)運行的基礎(chǔ)。在有些情況下可以直觀的區(qū)分變壓器技術(shù)特性的優(yōu)劣。但在某些情況下，特別是對容量不同的變壓器，其技術(shù)特性的優(yōu)劣要通過判定公式計算后才能計算。 2.4.1容量相同的變壓器技術(shù)特性優(yōu)劣的判定 若有A、B兩臺容量相同的變壓器，其參數(shù)為：PAO、PAK、IA0%、UAK%、PBO、PBK、IB0%、UBK%，每臺變壓器功率損失率計算公式同（2-3）式。當(dāng)PA=PB時，可解得有功臨界負(fù)載系數(shù)L： L=（PAOPBO）/（PBKPAK）1/2（213） 2.4.1.1若PAO 2.4.1.2若PAO PBK，PAO+PBO 1.PA=f（）與PB2=f（）交于圖2-2（a）中的A點，此時變

8、壓器A優(yōu)于B.此種情況下，只有變壓器B滿載以后時，變壓器B才優(yōu)于變壓器A.在實際運行中，L1時沒有實際意義。 2.4.1.3若PAO PBK，PAO+PBOPAK+PBK，解得LL時變壓器B優(yōu)于A. 2.4.1.4若PAO=PBO及PAK 2.4.1.5若PAO 2.4.1.6若PAO=PBO及PAK=PBK，解得L=0/0（不定式）。在圖2-2（b）中PA=f（）與PB6=f（）是同一條曲線。 我公司新廠區(qū)2#主變P2O=18.45,P2K=88.56；3#主變P3O=18.44，P3K=8.67.PAO PBK，PAO+PBO 1.屬于第二種情況。 同理也可推導(dǎo)出按無功功率和按綜合功率經(jīng)濟(jì)

9、運行，兩臺變壓器間的臨界負(fù)載系數(shù)LQ和LZ： L=（QAOQBO）/（QBKQAK）1/2（214） L=PAOPBO+KQ（QAOQBO）/PBKPAK+KQ（QBKQAK）1/2（215） 2.4.2容量不同的變壓器技術(shù)特性優(yōu)劣的判定 如果兩臺變壓器的容量SDe PD=PDO+（S/SDe）2PDK（216） PX=PXO+（S/SXe）2PXK（217） SL=（PDOPXO）/（PXK/SXePDK/SDe）1/2（218） 其分析過程與容量相同的變壓器特性分析相同，不作具體分析。 3.變電所變壓器的經(jīng)濟(jì)運行 3.1容量相同、短路電壓相同的變壓器并列經(jīng)濟(jì)運行方式 容量相同、短路電壓相同

10、，也就是說，在多臺變壓器并列運行時，認(rèn)為負(fù)載分配是均勻的、相等的。短路電壓相接近的條件是變壓器間的短路電壓差值UK%應(yīng)滿足下式要求： UK%=（UDK%-UXK%）/UPK%*100%5%（31） UK%變壓器最大短路電壓 UXK%變壓器最小短路電壓 UP%并列運行方式中全部變壓器短路電壓的算術(shù)平均值 沈鼓集團(tuán)中央變電所設(shè)置3臺主變，容量為5000KVA，其中2#和3#主變并列運行供6300KW電機試車。如果試車產(chǎn)品為3200KW及以下電機拖動試車2#和3#主變?nèi)我庖慌_即可滿足生產(chǎn)要求。2#主變UK2%=5.64%，3#主變UK3%=5.52%.根據(jù)（31）式可得： UK%=（5.64-5.5

11、2）/5.56*100%=2.15%5% 因此，2#和3#主變滿足并列運行的短路電壓差值的要求。 沈鼓集團(tuán)新廠區(qū)中央變電所設(shè)置3臺主變，容量為20000KVA，其中2#和3#主變并列運行供30000KW電機試車。2#主變UK2%=8.76%，3#主變UK3%=8.67%.根據(jù)（31）式可得： UK%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%5% 因此，2#和3#主變滿足并列運行的短路電壓差值的要求。 3.1.1相同臺數(shù)并列的運行方式 3.1.1.1兩臺變壓器并列運行 兩臺變壓器A、B并列運行時，組合技術(shù)參數(shù)的空載損失和短路損失為兩臺之和： P0=PA0+PB0（32） PK=PAK

12、+PBK（33） 如有AB及CD兩種兩臺變壓器并列運行，其功率損失計算公式為： PAB=PAB0+2PABK（34） PCD=PCD0+2PCDK（35） 根據(jù)（34）、（35）式可解得臨界負(fù)載系數(shù)L： LP=（PABOPCDO）/（PCDKPABK）1/2（36） LQ=（QABOQCDO）/（QCDKQABK）1/2（37） LZ=（PABZOPCDZO）/（PCDZKPABZK）1/2（38） SL=2Se（PABOPCDO）/（PCDKPABK）1/2（39） 如果SL的計算結(jié)果為虛數(shù)時，選擇空載損耗較小的運行方式；如果SL為實數(shù)時，當(dāng)負(fù)載小于臨界負(fù)載時，選擇空載損耗較小的運行方式，反

13、之選擇空載損耗較大的運行方式。 3.1.1.2多臺變壓器并列運行 如有N臺變壓器并列運行時，組合技術(shù)參數(shù)的空載損失和短路損失為各臺之和： PNO=Pi0（310） PNK=PiK（311） 如有甲、乙兩種N臺變壓器并列運行，其功率損失計算公式為： PN甲=Pi0甲+2PiK甲（312） PN乙=Pi0乙+2PiK乙（313） 根據(jù)（312）、（313）式可解得臨界負(fù)載系數(shù)L： LP=（Pi0甲Pi0乙）/（PiK乙PiK甲）1/2（314） LP=（Qi0甲Qi0乙）/（QiK乙QiK甲）1/2（315） LP=（PiZ0甲PiZ0乙）/（PiZK乙PiZK甲）1/2（316） SL=NSe（

14、Pi0甲Pi0乙）/（PiK乙PiK甲）1/2（317） 如果SL的計算結(jié)果為虛數(shù)時，選擇空載損耗較小的運行方式；如果SL為實數(shù)時，當(dāng)負(fù)載小于臨界負(fù)載時，選擇空載損耗較小的運行方式，反之選擇空載損耗較大的運行方式。 3.2變壓器經(jīng)濟(jì)運行方式的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù) 由于變壓器各種運行方式的有功損失和無功損失隨著負(fù)載發(fā)生非線性變化的特性，因此就存在著在某一負(fù)載系數(shù)條件下運行，其有功損失和無功損失最低的情況，稱此負(fù)載系數(shù)為運行方式的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)。 3.2.1單臺變壓器運行的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù) 3.2.1.1有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP=（Po/Pk）1/2（3-18） 3.2.1.2無功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jQ=（Io%/Uk%

15、）1/2（3-19） 根據(jù)經(jīng)驗可知，隨著變壓器的容量增大，有功損失系數(shù)稍微下降，而無功損失系數(shù)則明顯下降，特別是當(dāng)變壓器容量增大到10000KVA以上時，jP、jQ下降更加明顯。隨著變壓器耗能參數(shù)的改善，經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP有較大的下降，而jQ下降更加明顯。所以，由于變壓器的材質(zhì)不同，容量不同，再加上制造水平不同，其經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP、jQ存在著很大差異。 3.3增設(shè)小容量變壓器的經(jīng)濟(jì)運行 我公司生產(chǎn)主變?yōu)?000KVA，進(jìn)戶電源為10KV.白天最大功率4200KW，22點至次日凌晨6點平均功率為1300KW.如果增設(shè)1600小變壓器在22點至次日凌晨6點供電，其月基本電費為24000元，而節(jié)約的電

16、費約為2280元。因此，增設(shè)小容量變壓器沒有節(jié)約電費，反而增加電費。 4.配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運行 4.1變壓器“大馬拉小車”的技術(shù)分析 4.1.1問題的提出 “大馬拉小車”是指變壓器長期不合理的輕載運行，它使變壓器容量得不到充分的利用，效率降低。人們習(xí)慣以變壓器的容量利用率作為劃分“大馬拉小車”的標(biāo)準(zhǔn)。節(jié)電措施中規(guī)定變壓器負(fù)荷率小于30%即為“大馬拉小車”。節(jié)約功率的習(xí)慣計算公式為： P=PDO-PXO（41） 這種計算方法是不合理的。原因是忽略了負(fù)載時的銅損而只計其空載的鐵損。一般情況下大容量變壓器的鐵損比小容量變壓器的大，而供相同負(fù)載時銅損小。因此，符合實際的計算應(yīng)該同時考慮兩種因素，其計算

17、公式為： P=PDO-PXO+2D（PDK-（SDe/SXe）2PXK）（42） 4.1.2“大馬拉小車”臨界負(fù)載系數(shù)的確定 “大馬拉小車”負(fù)載系數(shù)應(yīng)根據(jù)變壓器損失率的變化規(guī)律確定。按有功損失率確定臨界負(fù)載系數(shù)，其計算公式為： Pd%=（Po+2Pk）/（Secos+Po+2Pk）*100%（43） 設(shè)“大馬拉小車”有功臨界負(fù)載系數(shù)為L，則有功功率的臨界損失率為： PL%=（Po+L2Pk）/（LSecos+Po+L2Pk）*100%（44） 臨界損失率與最低損失率的關(guān)系式為： PL%=KL*Pd%（45） KL為變壓器“大馬拉小車”臨界有功損失率系數(shù)。 解得：L=（KL（KL2-1）1/2）

18、（46） 由此可知，只要變壓器實際負(fù)載系數(shù)L，則變壓器運行在“大馬拉小車”區(qū)間內(nèi)。L的大小與和KL的大小有關(guān)。 KL值選的較小，即PL%較小，則L增大，即增大了變壓器“大馬拉小車”的范圍。反之，KL值選的較大，即PL%較大，則L減小，即減小了變壓器“大馬拉小車”的范圍。但運行損失率增大，因此選取L時要考慮PL%不能太大，又要照顧到變壓器更換條件不能太多，同時又要考慮更換小容量變壓器后的經(jīng)濟(jì)效益。因此，推薦選值為1.5.代入式 L=0.382（47） 4.2變壓器經(jīng)濟(jì)容量的確定 兩臺容量相近的變壓器都能滿足供電要求，但選擇哪臺變壓器必須進(jìn)行分析計算才能確定。 容量較大的變壓器和容量較小的變壓器功

19、率損失和負(fù)載系數(shù)公式為： PD=Po+D2Pk（48） PX=Po+X2Pk（49） X=D（SDe/SXe）（410） 根據(jù)上式可得出臨界經(jīng)濟(jì)容量的計算公式： SL=（PDO-PXO）/（PXK/SXe2-PDK/SDe2）1/2（411） 由圖4-2可知，臨界經(jīng)濟(jì)容量的意義是：當(dāng)按實際負(fù)載需用變壓器的容量SSL時，則選用容量大的變壓器；反之，S 4.3變壓器運行方式的經(jīng)濟(jì)運行區(qū) 4.3.1單臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運行區(qū) 由于變壓器損失率的負(fù)載特性是一個非線性函數(shù)，所以，如圖4-3中可按損失率的大小分成三個運行區(qū)：經(jīng)濟(jì)運行區(qū)，不良運行區(qū)和最劣運行區(qū)。運行區(qū)間臨界條件的計算公式是在“大馬拉小車”臨界條

20、件的基礎(chǔ)上導(dǎo)出的。 4.3.1.1根據(jù)式（4-6）可知，在一般情況下Lj有兩個根，即圖4-3中A、B兩點。所以，當(dāng)負(fù)載系數(shù)在Lj2Lj1內(nèi)變化時，變壓器處在經(jīng)濟(jì)運行區(qū)，損失率是較低的，其變化范圍Pd%PLj%. 4.3.1.2根據(jù)上圖可知，L只有一個根，即圖中點L.區(qū)間LLj2及Lj11稱不良運行區(qū)。在此區(qū)間內(nèi)變壓器損失率是比較大的，變化范圍是PLjPLL%，運行不經(jīng)濟(jì)。 4.3.1.3圖4-3中0L是最劣運行區(qū)，通稱過輕載運行區(qū)間，變壓器損失率很大，運行極不經(jīng)濟(jì)。 5.科學(xué)管理和變壓器經(jīng)濟(jì)運行 5.1變壓器制造和經(jīng)濟(jì)運行 變壓器經(jīng)濟(jì)運行不僅取決于經(jīng)濟(jì)運行方式，同時更取決于變壓器的制造水平。按

21、變壓器經(jīng)常負(fù)載大致可以分為四種情況：一是經(jīng)常處于滿載或接近滿載運行的變壓器；二是經(jīng)常處于多半載運行的變壓器；三是經(jīng)常處于少半載運行的變壓器；四是經(jīng)常處于輕載或空載運行的變壓器。 當(dāng)前制造廠出廠的變壓器，經(jīng)濟(jì)負(fù)載率大都是4060%范圍，對上面的四類負(fù)載都不完全適應(yīng)，特別是對滿載或輕載運行的變壓器損失率是很大的。因此，建議生產(chǎn)四個類型的變壓器，其經(jīng)濟(jì)負(fù)載率分別為90%、65%、40%、20%.各用電單位都能根據(jù)變壓器的負(fù)載情況選擇相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)載率的變壓器。這樣一來，各用電單位的變壓器都能在經(jīng)濟(jì)運行區(qū)運行，就可以大量節(jié)約有功電量和無功電量。 5.2變壓器更新和經(jīng)濟(jì)運行 設(shè)備更新的目的不單純是消除其有形磨損，更是為了消除其無形磨損。只有不斷更新的途徑才能從根本上使設(shè)備損耗降低、效率提高，改善技