（控制理论与控制工程专业论文）基于实时参数统计的变压器合理运行方式.pdf

摘要 随着我国城乡电网的改造和电力市场的发展，对配电变压器的安全、可靠 运行提出了更高要求。实现配电变压器的合理运行，不仅要考虑经济因素，实 现功率损耗最小，更要考虑电力系统的安全和供电的可靠性。 变压器经济运行，是指在确保变压器安全运行和保证对用户供电量的基础 上，使变压器在电能损耗低的状态下运行。其具体含义是指在确保变压器安全 运行、传输电量、满足生产要求的基础上，充分利用现有设备，不增加( 或增 加很少) 设备投资，通过择优选取变压器的最佳运行方式、负载调整的优化、 变压器运行位置的最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，达到最大限 度地降低变压器的电能损耗和提高电源侧功率因数的且的。变压器经济运行的 实质就是在技术经济允许条件下的变压器节电运行。 首先从理论上分析了变压器的结构、等值电路、技术参数和有功功率、无功 功率负载损耗特性，确定变压器的经济运行区域。从经济运行的角度，对变压 器功率损耗大小进行计算分析，选择出了不同负荷情况下的合理运行方式，并 给出实例分析。 准确的设备参数是经济运行的前提，利用配电自动化系统实时测量变压器 有功、无功、电压等数据，建立相应数据库，采用最小二乘法，通过曲线拟合 计算，对变压器运行参数和功率损耗特性进行实时校核统计，得到符合实际情 况的变压器运行特性，以此为依据安排变压器的合理运行方式。以变电所一台 3 5 6 3 k v 配电变压器为例，对其进行了有功损耗和无功损耗负载特性及有关参数 的校核，为变压器经济运行奠定基础。 变压器经济运行是在确保变压器安全和对用户正常供电的基础上，充分利用 现有设备和原有资金的条件下，通过择优选取变压器、调整负载、改善变压器 运行条件等技术措施，来实现功率损耗最小。国家标准“工矿企业电力变压器 经济运行导则”中规定：装有备用变压器的用电单位，应优先选择功率损耗小 广东t 业大学t 学顽七学位论文 的变压器投入运行；有多台变压器并列运行的变电所，应按负载变化规律，选 择最佳组合方式运行；在安全、经济、合理的条件下，通过调整负载，提高负 荷率和功率因数，使变压器在经济运行区的优选运行段内工作。还举了实际的 例子来说明。 将配电网负荷预测用于变压器安全经济运行，探讨了正确处理负荷波动的 方法，主要目的是解决纯经济运行时单纯考虑功率损耗而多次调整变压器负荷， 造成系统安全隐患的问题和如何科学利用变压器过载能力的问题，也就是如何 处理随机因素造成的负荷波动问题。 关键词：变压器；参数校核：经济运行；负荷预测 a b s t r a c t a l o n gw i t ho u rc o u n t r yc i t ya n dc o u n t r y s i d ee l e c t r i c a ln e t w c i r k t r a n s f o r m a t i o na n dt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e td e v e l o p m e n t ，t ot h e d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r n l e rs e c u r i t y ，t h er e l i a b l em o v e m e n ts e tah i g h e r r e q u e s t r e a l i z e st h ed i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e rr e a s o n a b l em o v e m e n t n o to n l ym u s tc o n s i d e rt h ee c o n o m i ca g e n t , t h er e a l i z a t i o np o w e r l o s si ss m a l l e s t , m u s tc o n s i d e rt h ee l e c t r i c a lp o w e rs y s t e mt h e s e c u r i 够a n dt h ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t y t h et r a n s f o r m e re c o n o m ym o v e m e n t i sr e f e r si ng u a r a n t e e st h e b a n s f o r m e rs a f eo p e r a t i o na n dt h eg u a r a n t e et ot h eu s e re l e c t r i c i t y s u p p l yc a p a c i t yf o u n d a t i o ni n c a u s e st h et r a n s f o r m e rt ol o s eu n d e r t h el o wc o n d i t i o ni nt h ee l e c t r i c a le n e r g yt om o v e i t sc o n c r e t e m e a n i n gi sr e f e r si ng u a r a n t e e st h et r a n s f o n t l e rs a f eo p e r a t i o n t h e t r a n s m i s s i o ne l e c t r i cq u a n t i t y s a t i s t i e st h ep r o d u c t i o nr e q u e s ti nt h e f o u n d a t i o n ，t h ef u l lu s ee x i s t i n ge q u i p m e n t d o e sn o ti n c r e a s e ( o r i n c r e a s ea r ev e r yf e w ) t h ee q u i p m e n ti n v e s t m e n t t h r o u g hs e l e c t st h e t r a n s f o r m e ra c c o r d i n gt oq u a l i f i c a t i o nt h eb e s tm o v e m e n tw a y ，t h e l o a dr e g u l a t i o no p t i m i z a t i o n ，t h et r a n s f o r m e ro p e r a t i n gp o s i t i o n o p t i m a lf i ta sw e l la st e c h n i c a lm e a s u r e sa n ds oo ni m p r o v e m e n t t r a n s f o r m e rm o v e m e n tc o n d i t i o n ，a c h i e v e dm a x i m u ml i m i tr e d u c e s t h et r a n s f o r m e rt h ee l e c t r i c a le n e r g yt ol o s ea n dt oe n h a n c et h e p o w e rs o u r c es i d ep o w e rf a c t o rt h eg o a l t h et r a n s f o r m e re c o n o m y m o v e m e n te s s e n c ei su n d e rt h et e c h n i c a l e c o n o m yp e r m i s s i o n c o n d i t i o nt r a n s f o r m e re l e c t r i c i t ys a v i n gm o v e m e n t t h i sa r t i c l et h e o r e t i c a l l yh a sf i r s t a n a l y z e dt h et r a n s f o r m e r s t r u c t u r e 。t h ee q u i v a l e n tc i r c u i t 。t h et e c h n i c a lp a r a m e t e ra n dt h e a c t i v ep o w e r 。t h er e a c t i v ep o w e rl p a dl o s sc h a r a c t e r i s t i c d e f i n i t e t r a n s f o r m e re c o n o m i c a lm o v e m e n tr e g i o n f r o mt h ee c o n o m i c a l m o v e m e n t a n g l e ，c a r r i e s o nt h e c o m p u t a t i o na n a l y s i s t ot h e t r a n s f o r m e rp o w e rl o s ss i z e c h o s ei nt h ed i f f e r e n tl o a ds i t u a t i o n r e a s o n a b l em o v e m e n tw a y ，a n d g a v et h ee x a m p l ea n a l y s i s i i i 二至三些盔兰三兰竺圭兰竺丝三 t h ea c c u r a t ee q u i p m e n tp a r a m e t e ri st h ee e o n o m i e a lm o v e m e n t p r e m i s e t h i sa r t i c l eu s e st h ep o w e rd i s t r i b u t i o na u t o m a t e ds y s t e m r e a l - t i m em e a s u r e m e n tt r a n s f o r m e rt oa c t i v e d a t aa n ds oo ni d i e w o r k ，v o l t a g e ，e s t a b l i s h e st h ec o r r e s p o n d i n gd a t a b a s e 。u s e st h el e a s t s q u a r e sm e t h o d ，t h r o u g ht h ec u l v ef i t t i n gc o m p u t a t i o n 。c a r r i e so n t h er e a l - t i m ee x a m i n a t i o ns t a t i s t i c st ot h et r a n s f o r m e rm o v e m e n t p a r a m e t e ra n dt h ep o w e rl o s sc h a r a c t e r i s t i c ，o b t a i n sc o n f o r m st ot h e a c t u a ls i t u a t i o nt r a n s f o r m e rm o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c a r r a n g e st h e t r a n s f o r m e rt a k et h i sa st h eb a s i st h er e a s o n a b l em o v e m e n tw a y t h e r e f o r e ，t h i s a r t i c l et a k eat r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n3 5 6 3 k v d i s t r i b u t i o nt r a n s f o r m e ra st h ee x a m p l e ：h a sc a r r i e do nt h ea c t i v e l o s sa n dt h er e a c t i v el o s sl o a dc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h er e l a t e d p a r a m e t e re x a m i n a t i o nt oi t l a y st h ef o u n d a t i o nf o rt h et r a n s f o r m e r e c o n o m y m o v e m e n t t h et r a n s f o r m e r e c o n o m y m o v e m e n ti si n g u a r a n t e e s t h e t r a n s f o r m e rs a f ea n di nt h ef o u n d a t i o nw h i c hs u p p l i e s p o w e r n o r m a l l yt ot h eu s e r t h ef u l lu s ee x i s t i n ge q u i p m e n ta n du n d e rt h e o r i g i n a l f u n d c o n d i t i o n ，t h r o u g h s e l e c t st h et r a n s f o r m e r ，t h e a d j u s t m e n t l o a d t e c h n i c a lm e a s u r e sa n ds oo n i m p r o v e m e n t t r a n s f o f n l e rm o v e m e n tc o n d i t i o na c c o r d i n gt oq u a l i f i c a t i o n ，r e a l i z e s t h ep o w e rl o s st ob es m a l l e s t t h en a t i o n a ls t a n d a r d s “t h ei n d u s t r y a n dm i n i n ge n t e r p r i s ep o w e rt r a n s f o r m e re c o n o m ym o v e m e n tl e a d s t h e n ” s t i p u l a t i o n ：i sl o a d e d w i t ht h es p a r et r a n s f o r m e rt ou s e e l e c t r i c i t y t h eu n i t 。s h o u l df i r s tc h o o s et h ep o w e rl o s ss m a l l t r a n s f o f i l l e rt op u tt h eo p e r a t i o n ；h a st h em u l t i t a i w a nt r a n s f o l i t t e r p a r a l l e lr u n n i n gt r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n ，s h o u l da c c o r d i n gt ot h e v a r i a t i o no fl o a dr u l e ，t h ec h o i c eo p t i m a lf i tw a ym o v e m e n t ；u n d e r s a f e ，e c o n o m i c a l ，r e a s o n a b l ec o n d i t i o n ，t h r o u g ht h ea d j u s t m e n tl o a d e n h a n c e st h el o a df a c t o ra n dt h e p o w e rf a c t o r c a u s e st h e t r a n s f o f i e ft ow o r ki nt h ee c o n o m i c a lo p e r a t i n gr a n g e o p t i m a i m o v e m e n ts e c t i o n t h i sa r t i c l ea l s oc i t e dt h ea c t u a le x a m p l et o s h o w m o r e o v e r t h i sa r t i c l et ow i l ls h o u l d e rt h ef o r e c a s tt ou s ei nt h e t r a n s f o r m e rs e c u r i t y e c o n o m ym o v e m e n t ，p r o c e s s e dt h e l o a d - i v u n d u l a t i o nt h em e t h o dt oc a r r yo nt h ed i s c u s s i o nc o r r e c t l y u s e si n t h et r a n s f o r m e rt h ed i s t r i b u t i o nn e t w o r kl o a df o r e c a s tm e t h o dt h e s e c u r i t ye c o n o m ym o v e m e n t ，b u th o wi st h em a i np u r p o s es o l v e s w h e nt h ep u r ee c o n o m i c a lm o v e m e n tt h ep u r ec o n s i d e r a t i o np o w e r l o s sa d j u s t st h et r a n s f o r m e rl o a dt oc r e a t et h es y s t e ms a f e t yh i d d e n d a n g e rm a n yt i m e st h eq u e s t i o na n dt h es c i e n c eu s et r a n s f o r m e r o v e r l o a de a p a c i t yq u e s t i o n a l s oh o wd e a l sw i t ht h el o a du n d u l a t i o n i s s u ew h i c ht h er a n d o mf a c t o r sc r e a t e s k e yw o r d s ：e c o n o m i co p e r a t i o no ft r a n s f o r m e r , s u p e r c o n t r o la n dd a t aa c q u i s i t i o n ，l e a s ts q u a r em e t h o d 广东t 业大学工学硕士学位论文 独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文 是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，不包含本人或其他用途使用过的成果。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明，并表示了谢意。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导 下取得的，论文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特 此声明。 馥，辱 论文作者签字：眩涫砂l 2 0 0 7 年5 月l o 日 第一章绪论 电力网电能损耗( 简称线损) ，是在输送和分配电能的过程中，电力网中各个元件所 产生的一定数量的有功功率损失和电能损失，构成因素很多，但归结起来有两大类： 管理线损和技术线损1 0 1 。随着农电体制改革的完成和城乡一户一表的推进，技术线损 所占比重不断上升。针对电网电能损失的规律和特点采取相应的技术措施，是供电企 业降损节能的基础工作。 变压器是电力系统中应用极为广泛的电气设备，从发电、供电一直到用电需要经 过3 5 次变压过程。变压器在变压和传递电功率的过程中，其自身要产生有功功率损 耗和无功功率损耗。根据有关资料统计【i 】，配电网中，变压器的电能损耗约占总电能损 耗的2 0 3 0 ，特别是系统轻载情况下，变压器的损耗是主要的负荷，对网损、电 压质量等影响很大，因此，必须合理安排变压器的运行方式，充分利用其过载能力， 达到经济运行的目的。 所谓变压器经济运行，是指在确保变压器安全运行和保证对用户供电量的基础上， 使变压器在电能损耗低的状态下运行。其具体含义是指在确保变压器安全运行、传输 电量、满足生产要求的基础上，充分利用现有设备，不增加( 或增加很少) 设备投资， 通过择优选取变压器的最佳运行方式、负载调整的优化、变压器运行位置的最佳组合 以及改善变压器运行条件等技术措施，达到最大限度地降低变压器的电能损耗和提高 电源侧功率因数的目的。变压器经济运行的实质就是技术经济允许条件下的变压器节 电运行。 变压器能实现经济运行，是由于变压器之间容量、电压等级、铁芯、绕组材质、 设计和制造工艺等的不同，其技术特性存在着差异。我国城乡电网改造逐渐采用节能 型变压器代替损耗较大的冷轧硅钢片和热轧硅钢片变压器，新旧变压器技术特性差异 很大，而且会共存较长时间。因此，在变压器运行方式之间就存在择优选取技术参数 好的变压器和最佳运行方式运行的问题。而当变压器运行方式已经固定时，存在着合 理的调整负载，使变压器在经济运行区运行和使变压器间负载经济分配的问题。 广东丁业犬学t 学硕 学位论文 1 1 近几年国内供电形势分析 我国电力行业的一致合成指数从1 9 9 9 年开始上升，在2 0 0 0 年8 月达到高峰，之 后开始小幅下滑，于2 0 0 1 年8 月达到谷底。接着出现持续的上升趋势，并在2 0 0 3 年1 月开始持续1 0 个月保持在高位水平，然后继续上升，到2 0 0 4 年2 月达到峰后开始下 降，直到2 0 0 5 年2 月份达到谷底后才再次出现回升态势，并一直持续至今。 2 0 0 0 年我国电力供求基本平衡。2 0 0 0 年，我国宏观经济出现重要转机，受经济形 势全面好转拉动，全社会电力需求迅速回升，电力行业出现快速增长势头，扭转了“九 五”以来我国电力有效需求不足、用电低速增长的局面，一致合成指数在2 0 0 0 年8 月 达到峰。投资、外贸拉动电力需求增长的因素较大。工业企业尤其是高耗电行业用电 快速增长的主要原因是国际市场需求增加，国内企业生产恢复以及电力部门对高耗电 行业采取优惠电价。这种上升势头并没有持续太长时间，由于这些因素的影响逐渐减 弱，高耗电行业产品供大于求，国家对石化等行业进行结构调整，使用电需求下降， 一致合成指数从2 0 0 0 年9 月开始下降，并于2 0 0 1 年8 月达到谷底，这一时期电力供 需基本平衡。 2 0 0 2 年电力供求出现局部紧张局面。2 0 0 2 年以来，电力行业一致合成指数持续上 升。由于实施积极的财政政策，加入w t o 带来外商投资的快速增长，以及房地产投资 快速增长，使得固定资产投资成为带动内需、拉动工业生产增长的主要动力，2 0 0 2 年 下半年，中国经济进入了新一轮增长期。经济发展态势良好是电力需求快速增长的全 局性原因。高耗电行业如化学、建材、黑色金属冶炼等行业产量快速增长，拉动了这 些行业用电的快速增长。2 0 0 2 年电力供需形势整体趋于紧张，但基本保持平衡，发电 设备利用率提高，电源建设投资继续增加。 2 0 0 3 年开始呈现较为严重的电力短缺状况。2 0 0 3 2 0 0 4 年初，一致合成指数持续 1 0 个月稳定在高位水平，然后继续上升，到2 0 0 4 年2 月达到本轮扩张期的顶峰。一方 面由于经济结构不均衡，工业生产快速增长，在重工业主导整个经济走势的情况下， 高耗能行业用电增长过快，电力需求过度旺盛是电力行业景气上升的主要原因。电价 改革滞后，对高耗能行业的电价优惠没有得到清理，使高耗能行业过度扩张。另一方 面，由于前些年电力投资建设规模增速过慢，国内煤炭生产总量不足，加上运输紧张， 2 第一章绪论 造成电煤供应紧张。主要水电站来水偏少，蓄水不足，水电发电增速下滑。这些因素 共同作用的结果是电量供需矛盾突出，2 0 0 2 年底实行的厂网分离、竞价上网的体制改 革在短期内对行业效益的影响尚没有显现出来。 针对经济中存在的矛盾，国家加大了宏观调控力度，对重点行业确定节能要求， 同时增加了电力投资建设力度。2 0 0 3 年底，发改委出台宏观调控政策，以防止钢铁、 电解铝、水泥行业的过热投资。2 0 0 4 年初，国家出台政策，通过提高电价、取消优惠 电价等手段遏制高耗能行业的扩张，并通过信贷调控限制固定资产投资增长过快。工 业增长继续保持增长势头，但固定资产投资呈现先高后低特征，一系列的宏观调控政 策使得电力需求增长速度变缓，致合成指数呈下降走势。但是2 0 0 4 年电力需求依然 旺盛，电力供应紧张，发电设备利用小时数达到5 4 6 0 小时，比2 0 0 3 年高6 ，电力供 需矛盾加剧，先后共有2 4 个省级电网、2 5 个省市区出现拉闸限电，电量缺口由2 0 0 3 年的2 5 0 亿千瓦时上升到2 0 0 4 年的6 5 0 多亿千瓦时。2 0 0 4 年煤炭价格在需求快速增长 的推动下上涨，而电价由于受政府管制，调整幅度大大落后于煤价，高煤价带来的成 本压力在很大程度上降低了发电企业的利润空间，使电力企业效益下滑，一致合成指 数下降，本轮循环波动在2 0 0 5 年2 月达到谷底。 2 0 0 5 年以后电力供需紧张形势缓和。随着国家宏观调控措施的逐步到位，部分商 耗能行业用电增速明显回落。2 0 0 5 年全国用电量仍然保持较快增长，第二、三产业用 电增速下降，但由于城乡居民收入稳步增加，家用电器拥有率迅速提高，城市化加快， 带动了居民生活用电增长较快。一致合成指数上半年略有上升，然后回到年初水平， 表明电力行业景气继续回升。 近几年电力建设投资力度加大，发电能力增长较快，电力需求增速放缓，水电厂 来水充足和电煤供应充足是促成电力供需紧张形势缓和的主要原因。高耗能行业产能 过剩导致的发展速度减缓，对于缓解电力供需矛盾起到了一定作用。 2 0 0 5 年电煤供应紧张形势得到缓解，由于电力生产环节能源利用效率有所提高， 同时受2 0 0 5 年5 月国家启动煤电价格联动的影响，销售电价上涨，电力企业经营效益 下滑的情况有明显好转，行业效益景气回升。 2 0 0 6 年l 8 月份第二产业用电增幅较大，用电比重进一步上升，高耗电行业用电 增长反弹。随着装机容量的持续快速增长，电力供需紧张局面总体大幅缓解。电力需 3 广东t 业大学t 学坝 学位论文 求增长趋势趋缓，但呈上升态势，得益于煤电价格联动政策的实施，电力企业效益稳 定增长，经营情况进一步好转。一致合成指数显示电力行业景气继续上升。 电力行业从2 0 0 5 年3 月份开始进入新一轮的增长时期。合成指数在2 0 0 5 年7 月 份出现波动的峰之后，直到2 0 0 6 年8 月均一直处于持续下降趋势，按先行指数的平均 超前期计算，到2 0 0 6 年第三季度左右，我国电力行业均将处于此次经济周期波动的增 长期中。2 0 0 6 年第四季度和2 0 0 7 年我国电力行业一致合成指数将有所回落，但下降幅 度不会很大。 2 0 0 6 年上半年，国民经济呈加速增长态势，国内生产总值9 1 4 4 3 亿元，同比增长 1 0 9 ，增速比上年同期快0 9 个百分点。而工业特别是重化工业呈现出快速增长的势 头，带动电力需求较快增长。固定资产投资增长呈明显加速态势。2 0 0 6 年上半年，全 社会固定资产投资4 2 3 7 1 亿元，同比增长2 9 8 ，增速比上年同期加快4 4 个百分点。 国家针对固定资产投资增速过快等情况实施了较为严厉的调控手段，严格控制固定资 产投资规模过快增长，抑制部分产能过剩行业过快发展。调控效果需要一段时间才能 显现。所以电力需求继续增长一段时间后，会有所减缓。但由于经历电力短缺后，连 续三年加大电力建设投资力度，2 0 0 6 年新增装机容量将超过7 5 0 0 万千瓦，总装机容量 将达到5 8 亿千瓦。电煤供需矛盾逐步缓解，供应能力和库存充足，使得全国供电形势 朝着缓慢上升的方向发展，不会出现前几年电力短缺的局面，2 0 0 7 年以后，全国电力 装机不足的局面将得到改变。 国家发展和改革委员会决定于2 0 0 6 年6 月3 0 日开始实施电价调整方案，根据高 耗能产业发展情况，进一步完善差别电价政策，利用价格杠杆淘汰落后产能。销售电 价的提高在一定程度上会抑制电力需求的增长。2 0 0 6 年的煤炭价格有较大幅度回落， 电力行业产品销售成本增速下降，利润增速加快。电价的上涨一方面使电力行业效益 快速增长，行业景气在高位运行，另一方面也抑制了高耗能产业的生产。 预计到2 0 0 7 年，中国电力行业在宏观调控、提高电价的双重因素影响下，电力供 求矛盾进一步缓解，基本能达到供求平衡。即从2 0 0 0 2 0 0 7 年，电力行业经历了“供 求平衡局部用电紧张全国缺电局部用电紧张供求平衡”这样的周期。 第一章结论 1 2 变压器经济运行现状和存在问题 长期以来，电力工业根据国家法律、法规、政策，建立了较为系统的电力行业节能 规范、标准和管理体系，通过优化发展、结构升级和技术改造，装备水平和管理水平稳 步提高，一次能源转换为电能的比重、电能占终端能源消费量的比重和电力技术经济指 标等衡量国家经济发展水平、经济效率、能源利用效率和环境保护程度的重要标志性 指标不断改善，取得显著进步。特别是，近年来随着我国电力工业的快速发展和产业技 术不断升级，以三峡左岸电站7 0 万千瓦、外高桥9 0 万千瓦( 百万千瓦级) 超超临界 燃煤发电机组和西北7 5 0 千伏输变电工程投运为代表，我国电力发展的增量部分基本 达到世界先进水平。 在变压器的经济运行研究方面，我国开展的比较早，理论方面取得了很多研究成 果和方法。变压器经济运行节电技术已列入全国重点推广的新技术，并出台了相关国 家标准，如“工矿企业电力变压器经济运行导则”和“企业供配电系统节能监测方法”， 规范配电和用电单位电力变压器经济运行方式的选择、计算和管理。 随着我国城乡电网改造和电力市场商业化运营，对变压器经济运行提出很高要求： 要在保障安全的前提下，最大限度的减少损耗，取得最大的经济效益。对此，各地电 力部门逐渐开始重视，但目前实际节电效果并不明显，大部分供用电单位的变压器及 其供电线路还在自然状态下运行，没有真正实现经济运行方式。经分析，发现主要存 在以下问题： 变压器技术参数不准确。由于配电变压器型号很多，运行时间很长，设备老化和 维修次数多，实际参数和铭牌给定的参数差别较大，按照铭牌参数计算得到的经济运 行方式实际上不一定是最优方式 粗放性管理，缺乏科学计算。例如，对于一台运行一台备用的配电所，当两台变 压器容量相同时往往随机选择一台运行，当容量不同时，主要根据负荷情况来决定： 大负荷时投入大容量变压器，小负荷时投入小容量变压器。 以前对配电网投入不够，过分强调安全运行，忽视经济运行。电网结构薄弱，科 技含量较低，自动化程度不高，变压器、补偿电容器等投切主要依靠运行人员手动操 作，很多理论上很好的经济运行方法不能实现，缺乏可操作性。 5 广东t 业大学t 学颀i ：学位论文 从以上几个问题可以看出，配电网不仅应加强网络结构，更应加大科技投入的力 度，转变观念，在电网运行管理中全面实施经济运行方式和负载经济调度，建设“安 全经济型电网”。 1 3 问题解决思路 由于变压器之间容量、电压等级、铁芯、绕组材质、设计和制造工艺等的不同， 其技术特性存在着差异。我国城乡电网改造逐渐采用节能型变压器代替损耗较大的冷 轧硅钢片和热轧硅钢片变压器，新旧变压器技术特性差异很大，而且会共存较长时间。 因此，在变压器运行方式之间就存在择优选取技术参数好的变压器和最佳运行方式运 行的问题。而当变压器运行方式已经固定时，存在着合理的调整负载，使变压器在经 济运行区运行和使变压器问负载经济分配的问题。 变压器技术参数是分析计算变压器经济运行的基础数据。变压器经济运行的目的 是降低变压器的有功和无功功率损耗、提高运行效率以及提高变压器电源侧功率因数。 因此，变压器的有功功率损耗和有功功率损耗率的计算、无功功率损耗和无功功率损 耗率的计算等都是变压器经济运行中的基础计算式。这些基础计算式及其相关理论是 变压器经济运行的理论基础。因此分析变压器的合理运行方式，必须首先从理论上分 析变压器的结构、等值电路、技术参数和有功功率、无功功率负载损耗特性，确定变 压器的经济运行区域。 为解决目前变压器经济运行分析中参数不准的问题，一种可行的方法是根据目前 越来越多的配电自动化系统投入运行，可以实时测量变压器有功、无功、电压等数据， 建立相应数据库，通过曲线拟合计算，对变压器参数和功率损耗负载曲线进行校核， 得到符合实际情况的变压器运行特性，以此为依据安排变压器的合理运行方式，动态 调整变压器的负荷分配，进行实时控制，从而提高电网分析计算的准确度，为经济运 行提供翔实、准确的第一手资料。 变压器经济运行节电技术是把变压器经济运行的优化理论及定量化的计算方法与 变压器各种实际运行工况密切相结合的一项应用技术，该项节电技术是在电网改造中 不增加投资，在某些情况下还能节约投资( 节约电容器投资和减少变压器投资) 。所 以，变压器经济运行节电技术属于知识经济范畴，是向智力挖潜，向管理挖潜实施内 涵节电的一种科学方法。 考虑到配电网越来越完善，网络逐步坚强，能够在保证系统安全和对用户正常供 电的前提下，人为改变变压器负荷分配。故可以结合实时参数统计，进行变压器经济 运行的优化计算，用定量计算判别变压器间技术特性优劣，择优选取变压器运行，合 理分配各种运行方式下的变压器的负荷，改善变压器运行条件等技术措施，来实现功 率损耗最小，提高电源侧功率因数，最大限度节省电能，提高经济效益。 广东下业大学t 学硕 学位论文 第二章变压器技术参数与负载损耗曲线 2 1 变压器结构简介 电力变压器是电力系统中输配电的主要设备，容量从几百千伏安到几十万 千伏安，电压等级从几百伏到5 0 0 千伏以上，变压器容量越大，空载需要无功 功率也越大。变压器的种类很多，在配电网应用最广泛的是油浸式双绕组配电 变压器，其结构可分为： 1 器身：包括铁芯，线圈，绝缘结构，引线和分接开关。其中铁芯是变压器 导磁的主磁路，由硅钢片交替叠成，存在着一定的磁滞和涡流损耗，称为“铁 损”；线圈是变压器的电路部分，由绝缘导线绕成，存在电阻，其造成的损耗 称为“铜损”。 2 油箱：包括油箱本身和变压器油以及冷却装置等。变压器损耗所转化的热 量通过变压器油传给油箱和散热器，再由周围空气或冷却水进行冷却。 3 保护装置：包括储油柜，安全气道，气体继电器等。 4 出线装置：包括高压套管，低压套管。 变压器发热和温升主要是由绕组的“铜损”和铁芯的“铁损”引起的。这 些损耗，一方面影响变压器运行的效率，一方面转化为热能，导致变压器本身 温度升高，对绝缘材料寿命影响很大，因此必须采取一定措施，除了合理的设 计变压器的结构外，一个重要方面就是合理安排变压器的负荷。 2 2 变压器等值电路 变压器等值电路如下： 第二章变h 器技术参数与负载损耗曲线 图2 - 1 变压器等值电路图f 9 2 1 t r a n s f o r m e re q u i v a l e n tc i r c u i td i a g r a m 上图所示等值电路，完全反映了变压器稳态运行情况，其中，i 和_ 是原 边绕组的电阻及漏电抗，和t 是折合到原边的副绕组的电阻及漏电抗，_ 和 是励磁阻抗，z ：是经过折合后的负载阻抗。 变压器基本方程式如下： u i = 一e j + i z 而 ( 2 1 ) u 2 = 反一z ；( 2 2 ) e l = 最 ( 2 3 ) io=h+l：(2-4) i o = 一e d z ( 2 5 ) 旺= z ： ( 2 6 ) 根据上述基本方程式和等值电路，就可以得出变压器的运行特性，如变压 器功率传递情况，从原边考虑，在式( 2 1 ) 两边乘以，t 点积，可得： 【，1 h = ( 一e 1 ) l l + ，l ( 吒+ 豇1 ) ，l = ( - e l x i o - 1 2 ) + h 。 t = 露_ + e 2 1 2 + ，? 吒 ( 2 7 ) 广东t 业大学t 学硕 学位论文 上式可以解释为：原边输入功率= 铁芯损耗+ 传递给副边的功率+ 原边铜损耗 从副边考虑，式( 2 2 ) 两边乘以，2 点积，可得： _ 移2 1 2 = e 2 1 2 一j ；呓 ( 2 8 ) 上式可以解释为：副边输出功率= 传递给副边的功率副边铜损耗 同理。对于无功功率的传输，从原边考虑有： u l x i i = 露+ e 2 x 1 2 + l f 2 x i ( 2 - 9 ) 其含义为：原边输入无功功率= 铁芯励磁的无功功率+ 传递给副边的无功功 率+ 原边漏抗所吸收的无功功率 从副边考虑，可得： u 2 x h = e 2 1 2 - 譬工： ( 2 1 0 ) 其含义为：副边输出的无功功率= 传递给副边的无功功率一副边漏抗所吸收的 无功功率。 从以上变压器有功功率和无功功率的传递公式可以看出，如果我们通过配 电自动化系统，测量到变压器两侧电压，电流，就可以相应算出变压器有功和 无功损耗，从而得到变压器的损耗负载特性。 2 3 变压器技术参数 变压器技术参数【1 9 1 1 4 4 j 是分析计算变压器经济运行的基础，按照其性能可以 分为两类：一类是额定参数，表征变压器的基本性能( 变压值和供电能力) ；另 一类是技术参数，表征变压器在供电过程中自身损耗的性能( 有功功率损耗和 无功功率损耗) 。变压器额定参数包括变压器的额定容量s n ，一次与二次侧的额 定电压u l n 、u 2 n ，一次与二次侧的额定电流i l n 、1 2 n ，它们之阊的关系是变压器 最基本的算式： s = 3 u l ，l = 3 u 2 ，2 ( 2 i i ) 第一二章变压器技术参数与负载损耗曲线 对于变压器的经济运行，主要考虑其功率损耗，对其技术参数更加关心， 包括：空载电流i o 、空载损耗p o 、短路电压u k 、短路损耗p k 。下面分别介绍这 四个技术参数的物理概念和计算。 2 3 1 空载电流 空载电流的作用是在变压器空载运行时建立起主磁通，因此空载电流又称 励磁电流，即变压器负载开路时，在电源侧加上额定电压u m ，原绕组中产生的 电流i o ，出厂铭牌所给的空载电流值往往用额定电流i l n 百分比表示： 1 0 = “1 0 l 。o ( 2 1 2 ) 在变压器中，由于导磁材料( 硅钢片) 磁化曲线的非线形关系，如图2 - 2 所 示，在一定电压下，磁化电流的大小和波形取决于铁芯的饱和程度，即取决于 铁芯磁通密度b m 的大小。因此空载电流和铁芯材质、磁路的几何尺寸及铁芯的 制作工艺密切相关。 图2 - 2变压器空载时电路和磁路关系原理图 f i 9 2 - 2 w h e nt r a n s f o r m e ri d l i n ge l e c t r i cc i r c u i ta n dm a g n e t i cc i r c u i tr e l a t i o n ss c h e m a t i c d i a g r a m 2 3 2 空载损耗 空载损耗是指变压器在额定电压条件下，铁芯内由励磁电流引起磁通周期 性变化时产生的损耗，又称铁损，包括基本铁耗和附加铁耗。基本铁耗是变压 器铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗，附加铁耗包括铁芯叠片间由于绝缘部分引起 广东t 业大学t 学硕 ：学位论文 的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中( 夹板、螺钉等处) 引起的涡流损耗及 高压变压器中的介质损耗等。附加损耗难以准确计算，一般约为基本铁耗的 1 5 艺o 。 2 3 3 短路电压 短路电压主要是变压器原、副绕组的漏电抗在额定负载下产生的电压降， 变压器出厂铭牌所给定的短路电压值常用百分比玑表示： ， u 。= = 上。1 0 0 u 。 ( 2 1 3 ) 短路电压与变压器结构密切相关，其值的大小主要取决与一次、二次绕组 的几何尺寸，如绕组的直径、绕组的厚度、高度及绕组问的距离。另外还和绕 组匝数的平方成正比。由于短路电压主要是由变压器短路实验方法侧得的，所 以又称短路阻抗 2 3 4 短路损耗 短路损耗是指变压器在原副绕组在额定负载条件下所产生的功率损耗，也 称铜损。短路损耗包括基本铜耗和附加铜耗两部分。基本铜耗是绕组的直流电 阻引起的损耗，它等于电流的平方和直流电阻的乘积；附加铜耗包括由于漏磁 场引起的集肤效