電氣節(jié)能技術(shù)第7章變壓器節(jié)電技術(shù).ppt

1、11級(jí)電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè),電氣節(jié)能技術(shù),學(xué) 時(shí) 20+10 任課教師 王世榮 聯(lián)系電話第7章 變壓器節(jié)電技術(shù),第1節(jié) 變壓器的基本參數(shù),1變壓器的負(fù)荷率 變壓器的負(fù)荷率可按下式計(jì)算,式中， 為負(fù)荷功率因數(shù),由于變壓器實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)荷是不斷變化的，所以不能根據(jù)變壓器某一瞬間的負(fù)荷來(lái)計(jì)算，而應(yīng)取一段時(shí)間（一個(gè)周期）內(nèi)的平均負(fù)荷率。 對(duì)于企業(yè)，可以一天（24h）作為變壓器負(fù)荷變化的周期。則變壓器負(fù)荷率為,為便于計(jì)算，可近似認(rèn)為在t時(shí)間內(nèi)負(fù)荷恒定不變，則,式中， 視在功率的均方根,式中， ，即一天時(shí)間里測(cè)量變壓器負(fù)荷的次數(shù),當(dāng)t =1時(shí)， ，即每小時(shí)測(cè)量一次，并認(rèn)為每小時(shí)

2、內(nèi)負(fù)荷不變。在負(fù)荷變化較大的場(chǎng)合，t的大小視具體情況而定。,若測(cè)的是變壓器二次電流，則,式中， 是變壓器二次側(cè)均方根電流，單位為A,也可利用負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)（動(dòng)態(tài)系數(shù)）來(lái)計(jì)算負(fù)荷率。,負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)：是指某段時(shí)間T內(nèi)，有功功率的均方根值與平均值之比，即,同樣還可把它寫成如下形式,或,因此，負(fù)荷率可寫成,或,2變壓器的損耗 它包括有功損耗和無(wú)功損耗兩部分。 （1）變壓器的有功損耗 變壓器在某一負(fù)荷下的有功損耗為,式中，P0 變壓器空載有功損耗，kW，可查產(chǎn)品手冊(cè)； Pd 變壓器額定電流時(shí)的負(fù)載損耗，kW。,（2）變壓器的無(wú)功損耗 變壓器在某一負(fù)荷下的無(wú)功損耗為,式中Q0 變壓器空載無(wú)功損耗，k

3、var， （kvar） I0% 變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)，可由產(chǎn)品手冊(cè)查得。 Qd 變壓器短路無(wú)功損耗，kvar， （kvar） Ud% 變壓器短路電壓百分?jǐn)?shù)，可由產(chǎn)品手冊(cè)查得。,所以，,（3）變壓器綜合損耗 變壓器在某一負(fù)荷下的綜合損耗為,式中K無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，kW/kvar，可通過(guò)計(jì)算確定。 當(dāng)變壓器安裝地點(diǎn)距供給無(wú)功功率的電源愈遠(yuǎn)，無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量愈大。 無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的估算值，可參考下表。,無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量K值,3變壓器的效率 變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即,式中U2 變壓器二次側(cè)電壓，kV； I2 變壓器二次側(cè)電流，A； 負(fù)荷功率因數(shù)。 變壓器最大效率時(shí)的負(fù)荷率，稱為最佳負(fù)荷率，

4、可按下式計(jì)算,從而可得出變壓器最佳的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷為,變壓器全日效率為,可以從日負(fù)荷曲線按時(shí)間分段由上式求得。,對(duì)于變壓器的最佳負(fù)荷率，當(dāng)只計(jì)及變壓器有功功率損耗時(shí)，可寫成,國(guó)產(chǎn)電力變壓器的最佳負(fù)荷率一般為0.40.6，對(duì)應(yīng)的變壓器最大效率為,4變壓器的年電能損耗 變壓器的年負(fù)荷率可按下式計(jì)算：,式中 年加權(quán)平均功率因數(shù)， 可根據(jù) 求得；,AP、AQ在所計(jì)算時(shí)間內(nèi)（1年）的有功電量和無(wú)功電量，kWh，kvarh，可由安裝在降壓變壓器高壓側(cè)的電能表取得； T變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)。,變壓器年電能損耗為,式中 變壓器正常負(fù)荷下工作小時(shí)數(shù)，參見(jiàn)下表。,生產(chǎn)班制及各種時(shí)間,年綜合電能損耗最小的變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為

5、,對(duì)長(zhǎng)年持續(xù)生產(chǎn)且日負(fù)荷變化不大的三班制企業(yè)， 較為節(jié)能； 對(duì)二班制企業(yè)， 較節(jié)能； 對(duì)負(fù)荷變化較大的單班制企業(yè)，宜取較高的,第2節(jié) 變壓器的合理選擇,1變壓器容量的基本估算 主要有三種方法： （1）利用計(jì)算負(fù)荷法估算 先求出變壓器所要供電的總計(jì)算負(fù)荷，然后按下式估算： 變壓器容量=總計(jì)算負(fù)荷+考慮將來(lái)的增容裕量 （2）利用最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果法估算 所選擇的變壓器，其最佳經(jīng)濟(jì)負(fù)荷和實(shí)際使用負(fù)荷相等或相近，即,式中S 實(shí)際使用負(fù)荷，kVA；, 所選擇變壓器最高效率時(shí)的負(fù)荷率。,（3）按年電能損耗最小法選擇變壓器 它是根據(jù)年電能損耗最小為原則來(lái)選擇變壓器容量的，即變壓器容量應(yīng)在使用負(fù)荷和最高經(jīng)濟(jì)負(fù)荷之

6、間進(jìn)行選擇：一班制企業(yè)，可按使用負(fù)荷選擇變壓器容量，也可略留裕量；二班間斷和三班間斷的企業(yè)，可分別按比使用負(fù)荷高一級(jí)和二級(jí)左右的容量選擇變壓器；三班連續(xù)制企業(yè)，可按最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷選擇變壓器。 上述三種方法都存在著不足，不能單一使用。,2按綜合經(jīng)濟(jì)效果選擇變壓器 這種方法選擇變壓器，不但考慮變壓器年電能損耗為最小，還考慮了基建投資（一次投資）、電價(jià)制度、變壓器維修、折舊費(fèi)等因素。所以，這種方法能較全面地反映選擇變壓器的經(jīng)濟(jì)性和合理性。 這種方法是：從多個(gè)方案的比較中選擇其基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低的方案為最佳方案。 具體方法：在滿足供電質(zhì)量、可靠性、運(yùn)行合理、維護(hù)方便等條件的前提下，按以下各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)

7、濟(jì)比較。,（1）基建投資 式中 Cb1變壓器價(jià)格、附屬設(shè)施和安裝、土建費(fèi)，萬(wàn)元； Cb2向地區(qū)電業(yè)部門繳納供電貼費(fèi)，萬(wàn)元。,（2）年運(yùn)行費(fèi),（萬(wàn)元/年）,式中C1折舊費(fèi)，C1=變壓器價(jià)格折舊率Cn%，年折舊率Cn%取5%； C2維護(hù)費(fèi)，C2=變壓器價(jià)格維護(hù)費(fèi)率Cm%，年維護(hù)費(fèi)率Cm%取2%5%； C3運(yùn)行人員工資，因占總運(yùn)行費(fèi)比例甚小，且為相同項(xiàng)，故在方案比較中可不計(jì)入； C4年基本電價(jià)費(fèi)，C4=12月基本電價(jià)費(fèi)變壓器容量，月基本電價(jià)費(fèi)一般取4元/kVA.月； C5年電能損耗費(fèi)，,變壓器負(fù)荷年用電費(fèi)；,變壓器年電能損耗費(fèi)，對(duì)于企業(yè)變壓器：, 變壓器年電能損耗費(fèi)，對(duì)于企業(yè)變壓器，,（萬(wàn)元/年）,

8、式中 KG 無(wú)功電價(jià)等效當(dāng)量，可查相關(guān)手冊(cè)； T 變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，即接于電網(wǎng)時(shí)間； 變壓器正常負(fù)荷下工作小時(shí)數(shù)，查前述表； 電價(jià)，元/kWh；,（3）無(wú)功補(bǔ)償裝置費(fèi)用 當(dāng)變壓器容量選大后，會(huì)導(dǎo)致自然功率因數(shù)下降，若功率因數(shù)達(dá)不到電業(yè)部門的規(guī)定時(shí)，需加裝電容器進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。這時(shí)需要考慮投資，即將無(wú)功補(bǔ)償容量乘以單位造價(jià)指標(biāo)，將所得投資額計(jì)入基建投資中，其運(yùn)行費(fèi)用計(jì)入年運(yùn)行費(fèi)中。,（4）計(jì)算結(jié)果比較，確定最佳方案 在幾個(gè)方案中，會(huì)出現(xiàn)投資少、年運(yùn)行費(fèi)用多，或投資多、而年運(yùn)行費(fèi)用少的情況，這時(shí)應(yīng)選擇其中綜合經(jīng)濟(jì)效果最好的方案，即引入“折返年限”權(quán)衡取舍。 兩方案折返年限的計(jì)算 （年） 當(dāng)N35年

9、時(shí)，選取投資多的方案。 對(duì)于基建周期較長(zhǎng)的企業(yè)，取上限；對(duì)基建周期短者取下限。 按照綜合經(jīng)濟(jì)效果所選取的變壓器，其負(fù)荷率一般較高，約0.70.9。,（5）兩點(diǎn)說(shuō)明 在計(jì)算年電能損耗費(fèi)C5的公式中，只計(jì)及了電能的商品價(jià)格，而每kWh電能所創(chuàng)造的價(jià)值遠(yuǎn)比它本身的商品價(jià)格為高。因此，在比較各種方案時(shí)，若差別不大，則應(yīng)從節(jié)能原則來(lái)考慮選擇變壓器容量。 以上公式中，未考慮投資和運(yùn)行費(fèi)用的利率，實(shí)際上應(yīng)加以考慮。,例：某工廠（三班制企業(yè)）設(shè)備裝機(jī)容量為740KVA，實(shí)際使用的負(fù)荷量為S=400KVA，平均功率因數(shù)為滯后0.95（補(bǔ)償后）。設(shè)變壓器年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為8700h，正常負(fù)荷下工作小時(shí)數(shù)為6900h。

10、試問(wèn)：配備均能滿足負(fù)荷需要的10/0.4kV、SL7-800KVA或SL7-630KVA變壓器，哪一種變壓器更為合適？該廠是以 為基準(zhǔn)考核的企業(yè)，無(wú)功電價(jià)等效當(dāng)量 電價(jià)為 ，供電貼費(fèi)為100元/KVA。SL7-800KVA變壓器技術(shù)數(shù)據(jù): ， ， ， ，變壓器價(jià)格為4.16萬(wàn)元，綜合造價(jià)為5.4萬(wàn)元。SL7-630KVA變壓器技術(shù)數(shù)據(jù)： ， ， ， ，變壓器價(jià)格為3.5萬(wàn)元，綜合造價(jià)為4.3萬(wàn)元。,解：對(duì)于SL7-800KVA變壓器：變壓器負(fù)荷率為,基建投資：,年運(yùn)行費(fèi)：,其中：折舊費(fèi)和維護(hù)費(fèi),運(yùn)行人員工資C3略去不計(jì)。,年基本電價(jià)費(fèi),變壓器負(fù)荷年用電費(fèi),變壓器年電能損耗費(fèi)：,則,故,對(duì)于SL

11、7-630KVA變壓器：變壓器負(fù)荷率為,基建投資：,年運(yùn)行費(fèi)：,其中：折舊費(fèi)和維護(hù)費(fèi),運(yùn)行人員工資C3略去不計(jì)。,年基本電價(jià)費(fèi),變壓器負(fù)荷年用電費(fèi),變壓器年電能損耗費(fèi)：,則,故,將上述計(jì)算結(jié)果列表如下：,綜合經(jīng)濟(jì)效果比較,第3節(jié) 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,1負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)法計(jì)算變壓器損耗 （1）變壓器有功功率損耗和損耗率的計(jì)算 有功功率損耗,式中KT 負(fù)載波動(dòng)損失系數(shù)，可按前述公式計(jì)算或查相 關(guān)手冊(cè)求得。,有功損耗率,式中 T小時(shí)內(nèi)的平均負(fù)荷率， AT T小時(shí)內(nèi)的電量，kWh； T小時(shí)內(nèi)的功率因數(shù)。,（2）變壓器無(wú)功功率損耗和損耗率的計(jì)算 無(wú)功功率損耗,無(wú)功損耗率,（3）變壓器綜合功率損耗和綜合損耗

12、率的計(jì)算 綜合功率損耗,式中 K 無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，kW/kvar； P0Z 變壓器綜合空載損耗，kW， PdZ 變壓器綜合短路損耗，kW。 綜合損耗率,P1變壓器輸入功率,2變壓器技術(shù)特性優(yōu)劣的判定 （1）相同容量變壓器的有功損耗臨界負(fù)荷SLP的計(jì)算,（kVA）,（2）相同容量變壓器的無(wú)功損耗臨界負(fù)荷SLQ的計(jì)算,（kVA）,（3）相同容量變壓器的綜合功率損耗臨界負(fù)荷SLZ的計(jì)算,（kVA）,（4）不同容量變壓器的綜合功率損耗臨界負(fù)荷SLZ的計(jì)算,（kVA）,若以上各式計(jì)算結(jié)果為虛數(shù)時(shí)，要選擇空載損耗小的變壓器運(yùn)行；若為實(shí)數(shù)，當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，令空載損耗小的變壓器運(yùn)行，反之，令空載損耗大的變

13、壓器運(yùn)行。,3并聯(lián)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定 （1）相同容量、參數(shù)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臺(tái)數(shù)的選擇與判定 臨界負(fù)荷,當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，n臺(tái)變壓器運(yùn)行，反之n+1臺(tái)變壓器運(yùn)行。 對(duì)于各種規(guī)格的變壓器，其SLZ值可查相關(guān)手冊(cè)。,（2）相同容量、參數(shù)不同的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定 兩種相同臺(tái)數(shù)運(yùn)行方式,臨界負(fù)荷為,當(dāng)計(jì)算結(jié)果為虛數(shù)時(shí)，選擇綜合空載損耗小的組合方式運(yùn)行；如為實(shí)數(shù)，當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，令綜合空載損耗小的組合方式運(yùn)行，反之，令綜合空載損耗大的組合方式運(yùn)行。,單臺(tái)和兩臺(tái)運(yùn)行方式 臨界負(fù)荷,當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，選擇單臺(tái)變壓器運(yùn)行，反之，選擇兩臺(tái)變壓器運(yùn)行。, n臺(tái)和n+1臺(tái)運(yùn)行方式 臨界負(fù)荷,

14、式中 第n+1臺(tái)變壓器的綜合空載損耗，kW。 當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，為n臺(tái)變壓器運(yùn)行；反之，為n+1臺(tái)變壓器運(yùn)行。,（3）不同容量、參數(shù)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的判定 兩種相同臺(tái)數(shù)運(yùn)行方式,臨界負(fù)荷,當(dāng)計(jì)算結(jié)果為虛數(shù)時(shí)，選擇綜合空載損耗小的變壓器組合方式運(yùn)行；如為實(shí)數(shù)，當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，令綜合空載損耗小的變壓器組合方式運(yùn)行，反之，令綜合空載損耗大的變壓器組合方式運(yùn)行。,單臺(tái)和兩臺(tái)運(yùn)行方式 臨界負(fù)荷,當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，令單臺(tái)變壓器運(yùn)行，反之，令兩臺(tái)變壓器運(yùn)行。,n臺(tái)和n+1臺(tái)運(yùn)行方式 臨界負(fù)荷,式中 第n+1臺(tái)變壓器的綜合空載損耗，kW。 當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，為n臺(tái)變壓器運(yùn)行；反之，為n+

15、1臺(tái)變壓器運(yùn)行。,4增設(shè)小容量變壓器的經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題 增設(shè)小容量變壓器是否合算，要看增設(shè)后投資回收期年限為多長(zhǎng)。當(dāng)投資回收年限短于5年時(shí)，須增設(shè)小容量變壓器。 投資回收年限為,（年）,式中Cx 增設(shè)小容量變壓器的投資，元； Cc因增設(shè)小容量變壓器減少的無(wú)功損耗而相應(yīng)減少相同容量電容器的投資，元； Tx 小容量變壓器一年運(yùn)行小時(shí)數(shù)； 電價(jià)，元/kWh。 下標(biāo)“D”為大容量變壓器的參數(shù)，下標(biāo)“x”為小容量變壓器的參數(shù),5兩臺(tái)不能并列運(yùn)行的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的確定 臨界負(fù)荷為,式中K1、K2變壓器1、2處的無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量， 一般 當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，應(yīng)投入變壓器1運(yùn)行，反之，應(yīng)投入變壓器2運(yùn)行。,6根據(jù)

16、日負(fù)荷曲線核算變壓器容量是否適當(dāng) 變壓器負(fù)荷可能隨著工廠生產(chǎn)的發(fā)展而增大，但是否需要增容，還要視具體情況作技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。通?？筛鶕?jù)變壓器的日負(fù)荷曲線，核算其是否在允許的運(yùn)行范圍，運(yùn)行是否經(jīng)濟(jì)，然后再?zèng)Q定是否需要增容。 例：（略） （P241）,某廠使用SJ6-180/10型配電變壓器，U2N=400V，I2N=260A。 現(xiàn)負(fù)荷增加50kW，負(fù)荷高峰時(shí)還可達(dá)300A以上，事故短時(shí)（20min內(nèi)）過(guò)負(fù)荷可達(dá)400A，這種運(yùn)行狀態(tài)是否允許？是否需要增容？運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性如何？ 為此，對(duì)其運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行了數(shù)天實(shí)測(cè)，得出典型日負(fù)荷電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率等數(shù)據(jù)，如下表所示。,最大負(fù)荷電流 Imax=3

17、05(A) 平均負(fù)荷電流 Iav=I/24=4355/24=181.5A 平均電壓 Uav=U/24=9132/24=380.5V 平均功率因數(shù) 平均有功功率,第5節(jié) 變壓器的節(jié)能改造,針對(duì)能耗高的老型變壓器，要進(jìn)行節(jié)能改造。方法： 1中、小型變壓器的降容改造（是對(duì)被更新下來(lái)的變壓器進(jìn)行的） 其改造原理主要是通過(guò)增加線圈匝數(shù)、減少鐵心磁通密度、減少變壓器的單位損耗來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2中、小型變壓器的保容改造（是針對(duì)無(wú)力更新的企業(yè)） 有四種形式： （1）同時(shí)換鐵心、線圈改造法； （2）鐵線換銅線改造法； （3）換鐵心改造法；（4）更換心體改造法 。,第6節(jié) 節(jié)能變壓器的應(yīng)用,1新S9低損耗變壓器 2S11系列低損耗配電變壓器 3組合式變壓器 其特點(diǎn)： （1）不同鐵心結(jié)構(gòu)型式和不同鐵心材料所構(gòu)成的多種組合式變壓器。 （2）組合式變壓器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、占地少與環(huán)境和諧地融為一體。 （3）組合式變壓器具有能伸入負(fù)荷中心、減少線路損耗、送電周期短、提高供電質(zhì)量、選位靈活、外形美觀、安裝使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單、投資少見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)。 組合式變壓器在本世紀(jì)將得到廣泛應(yīng)用。,4新合金變壓器 鐵鈮硼鋯合金變