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变压器损耗的减少

供稿:中国工控网 2011/6/12 22:21:00

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  • 关键词: 变压器损耗,运行方式
  • 摘要:本文先介绍了变压器的负荷与损耗的关系,然后对不同容量的变压器的运行方式进行选择从而达到损耗减少的目的。

由于电力工程必须超前建设的特点,一些新投入的变配电工程在一段短时期内(1~2 a)负荷较轻。而变压器的损耗在中低压电网的线损中占的比例较大,尤其是轻负荷时占的比例更大。电网中存在一定数量轻载运行的变压器,即所谓“大马拉小车”的现象,无疑对降损节能不利,如何解决这个问题已是电力系统线损管理中的一个老话题。
  1 、变压器的负荷与损耗的关系
   变压器
的有功功率损耗是空载损耗和负载损耗之和。空载损耗是一个常数,它不随变压器的负荷变化而变化。而负载损耗则是随着负荷电流的变化而变化,它与负荷电流的平方成正比。在一定负载电流下,变压器的有功功率损耗可用下式表示:
   P=P0 PL,
   式中 P——变压器
的总损耗功率;
    P0——变压器的空载损耗功率;
    PL——变压器在一定负载电流下的负载损耗功率。
   负载损耗又与负荷电流I的平方成正比,即
   PL=I2R,
   式中 R——变压器绕组的等值电阻。
   变压器铭牌中给出了空载损耗P0和额定负载损耗PK,PK可表示为:
   PK=In2R,
   式中 In——变压器额定负荷电流。
   至此,可得出变压器在负荷电流为I时的总损耗值如下式:
   P=P0 (I2/I2n)PK.
  
2 、不同运行方式下变压器损耗的比较
   运行中的变压器
,除了存在一定的有功功率损耗外,还要消耗一定的无功功率(励磁功率和漏磁功率),无功功率在联接该变压器电源侧电网中也引起有功功率损耗,本文只讨论不同运行方式下变压器本身的有功功率损耗。
  2.1 两台相同容量变压器分列运行与单台带全部负荷的比较
   此方式比较的前提条件是两台变压器
的负荷电流之和不大于其中一台的额定电流。假设两台变压器分列运行时,每台带的负荷电流均为I,此时两台变压器的损耗之和为:
   P2T=2PT=2[P0 (I2/I2n)PK].   (1)
   如果两台变压器的负荷由其中一台兼供,另一台变压器停运备用,此时带负荷的一台变压器损耗为:
   P1T=P0 (4I2/I2n)PK.   (2)
   令P2T=P1T,由(1)式和(2)式可求得两台变压器分列运行和一台变压器带全部负荷时总损耗相等的临界负荷电流值I′,
   即 (3)
   当II′时,则两台分列运行时的总损耗小于单台带全部负荷的损耗。
  2.2 单台不同容量的变压器分别带相同负荷时的比较
   假设两台不同容量的变压器带相同的负荷电流I(前提条件是I小于容量较小的一台配变的额定电流)。容量大的一台空载损耗为P10,短路损耗为P1K,额定负荷电流为I1n;容量小的一台空载损耗为P20,短路损耗为P2K,额定负载电流为I2n。当两台变压器的损耗相等,即P1=P2时,则
   P10 (I2/I21n)P1K=P20 (I2/I22n)P2K.  (4)
   解(4)式可得临界负荷电流I″:
    (5)
   当负荷电流II″时,容量大的一台损耗较小。
 
 3 、110 kV终端变电站主变压器运行方式的选择
   一般新投入的110 kV终端变电站都安装两台主变压器,而且在多数情况下负荷较轻。为了减少变压器的损耗,根据2.1节可得,当两台主变压器的平均负荷电流I 
   例如,黄埔供电局某110 kV变电站,两台主变压器型号为SFZ8-40000/110,空载损耗P0=32 kW,短路损耗PK=162 kW,额定电流In=2 200 A。代入(3)式得I′=691 A。
   即当分列运行时每台主变压器平均负荷电流小于691 A时,采用一台主变压器带全站负荷,另一台主变压器备用自投的运行方式,可减少变电站主变压器的总损耗,当每台主变压器的平均负荷电流等于或大于691 A时,则采用主变压器分列运行的方式较好。
 
 4 、10 kV配电变压器运行方式的选择
   一些新建的商住小区,建筑密集,报装负荷较大,小区内配电变压器之间距离较短,区内配电网的线损中,配电变压器的损耗占比例较大。新建初期区内入住率低,负荷较轻且较分散。而小区内的配电工程一般按规划用电负荷一步到位安装配电变压器,这就造成了“大马拉小车”现象。另外,夏季高峰负荷与冬季负荷比较,冬季负荷较轻,每到冬季也会出现“大马拉小车”现象。解决这一问题的传统做法是更换成小容量的变压器。
   例如,把一台630 kVA的配电变压器更换为315 kVA的配电变压器,以某变压器厂产品参数为例作计算。SC3-630/10型配电变压器的参数为:
   P10=1 800 W,P1K=5 270 W,I1n=909.3 A;SC3-315/10型配电变压器的参数为P20=1 200 W,P2K=3 150 W,I2n=454.7 A。代入(5)式得I″=260.2 A。
   当负荷电流小于260.2 A时,把630 kVA变压器换成315 kVA变压器,可以减少变压器的损耗。
   如果有两台邻近的630 kVA配电变压器,在低压侧用联络线联结,两台配电变压器的负荷由其中一台来供给,另一台停运备用。根据(3)式可得I′=375.8 A。
   如果联络线很短,联络线的损耗可以忽略不计,当单台配电变压器平均负荷电流小于375.8 A时,就可以采用上述方法减少变压器的损耗。
   又假设有两台邻近的630 kVA配电变压器,比较上例中的两种方式的总损耗。若单台配电变压器平均负荷电流为200 A,按上例的前一种方式,用两台315 kVA的配电变压器代换630 kVA的配电变压器,则两台315 kVA配电变压器的损耗之和为:
   P2=2P20 2(I2/I22n)P2K=3619 W.
   按后一种方式,则一台630 kVA配电变压器带400 A负荷,其损耗为
   P1=P10 (I2/I21n)P1K=2820 W.
   显然,如果有两台邻近的配电变压器,上例中的后一种方式比前一种方式变压器的总损耗小。由此可以推得,当每台配电变压器的平均负荷电流越小,上例中后一种方式降损效果越显著。
   在实际应用中,用低压侧联络线的方式只需操作低压开关即可实现运行方式的转换。而更换变压器,不仅工作量大,而且还要有相当数量的备用变压器,效果还不如用联络线的方式好,经济上也不合算。用联络线的方法,可推广到邻近的多台变压器,只要作简单计算即可得出临界负荷电流,这里不详述。建议在小区配网设计上,增加低压侧的联络线,线径可按配电变压器的额定负荷电流的1/3~1/2考虑,施工时一步到位,建成后的小区配电变压器便可灵活转换运行方式了。
 
 5 、结论
  a)对于新投运的110 kV终端变电站,如装有两台主变压器,当每台变压器平均负荷电流小于(3)式所计算的I′时,采用一台主变压器带全站负荷,另一台备用自动投入的方式,既可减少变压器损耗,又保证了供电可靠率。

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