论变压器经济运行

1、论变压器经济运行    1. 绪论 变压器经济运行是指在传输电量相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。换言之，经济运行就是充分发挥变压器效能，合理地选择运行方式，从而降低用电单耗。所以，变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。2. 概述2. 1变压器的技术参数2. 1. 1空载电流空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。当变压器二次侧开路，在一次侧加电压u1e时，一次侧要产生电流io空载电流。通常zm？ z1，则z1可以忽略。io=u1e/（z1+zm） （2-1）z1变压

2、器一次阻抗zm变压器激磁阻抗2. 1. 2空载损失由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯的电阻成反比。磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热，其损失大小由磁滞回线决定。2. 1. 3短路电压（短路阻抗）短路电压是指在进行短路试验时，当绕组中的电流达到额定值，则加在一次侧的电压。uk%=uk/u1e *100% （2-2）从运行性能考虑，要求变压器的阻抗电压小一些，即变压器总的漏阻抗电压小一些，使二次侧电压波动受负载变化影响小些；但从限制变压器短路电流的角度，阻抗电压应大一些。2. 1

3、. 4短路损失短路损失pk是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失（亦铜损）。变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关，变压器铭牌规定的pk值，指绕组温度为75时额定负载产生的功率损失。2. 2变压器存在经济运行的因素2. 2. 1变压器间技术参数存在差异每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失，及无功功率的空载消耗和额定负载消耗。因变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，所以上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器的运行方式运行。2. 2. 2变压器有功功率损失和损失率的负载特性变压器功率损失p（千瓦）、效率（%）和损失率p%（%）的计算公式：p

4、=po+2pk （2-3）=p2/ p1= 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变压器电源侧输入的功率p2变压器负载侧输出的功率cos负载功率因数负载系数i2变压器二次侧负载电流i2e变压器二次侧额定电流由上图可知变压器损失率p%是变压器负载系数的二次函数，p%先随着的增大而下降，当负载系数等于jp=（po / pk）1/2 （2-7）时即铜损等于铁损。然后p%又随着增大而上升。jp是最小损失率p%的负载系数，称为有功经济负

5、载系数。所以，当固定变压器运行时，可通过调整负荷来降低p%.2. 2. 3变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性变压器无功功率消耗q的基本公式为：q=q0+ 2qk （2-8）为衡量变压器传输单位有功功率时消耗的无功功率，便提出无功消耗率的公式：q%=q/ q1*100% （2-9） 2. 3变压器无功功率的经济运行由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的。因此，变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失。因此，在分析变压器经    济运行时，无功消耗和有功损失都要最小。在额定负载条件下，变压器的无功功率消耗和有功功

6、率损失之比为：kxr=qe/pe=（q0+qk）/（p0+pk） （2-10）kxr=（i0+ie）2 xm+xk/ （i0+ie）2 rm+rk （2-11）kxr 阻抗比qe、pe 变压器自身无功消耗和有功损失xm 、rm 变压器励磁回路感抗和电阻xk 变压器额定负载下的漏磁感抗和rk 变压器短路电阻kxr变压器总的电抗和总的电阻之比，其值大小代表变压器感性强度。阻抗比和变压器的容量有关，容量在5607500kva之间，kxr510.变压器空载功率因数公式为：cos0=p0/s0 （2-12）由于变压器是个感性负载，其空载功率因数很低，一般变化范围为cos0=0.050.2.变压器容量越大

7、，cos0越小。2. 4变压器技术特性优劣的分析和计算变压器技术特性优劣的分析和计算是分析计算变压器经济运行的基础。在有些情况下可以直观的区分变压器技术特性的优劣。但在某些情况下，特别是对容量不同的变压器，其技术特性的优劣要通过判定公式计算后才能计算。2. 4. 1容量相同的变压器技术特性优劣的判定若有a、b两台容量相同的变压器，其参数为：pao、pak、ia0%、uak %、pbo、pbk、ib0%、ubk %，每台变压器功率损失率计算公式同（2-3）式。当pa=pb时，可解得有功临界负载系数l：l=（pao pbo）/（pbk pak）1/2 （213）2. 4. 1. 1 若pao &l

8、t; pbo及pak < pbk，在图2-2（a）中无交点，在此情况下变压器a明显优于b.2. 4. 1. 2 若pao < pbo及pak > pbk，pao + pbo < pak +pbk时，解得l >1.pa=f（）与pb2=f（）交于图2-2（a）中的a点，此时变压器a优于b.此种情况下，只有变压器b满载以后时，变压器b才优于变压器a .在实际运行中，l >1时没有实际意义。2. 4. 1. 3若pao < pbo及pak > pbk，pao + pbo > pak +pbk，解得l <1.pa=f（）与pb3=f（）交于图

9、2-2（a）中的b点。在此情况下，当 <l时变压器a优于b，当 >l时变压器b优于a.2. 4. 1. 4若pao = pbo及pak < pbk，解得l =0.pa=f（）与pb5=f（）交于图2-2（b）中l =0，此时变压器a优于b.2. 4. 1. 5 若pao < pbo及pak = pbk，解得l =。在图2-2（b）中pa=f（）与pb5=f（）两条曲线曲率完全相同，无交点，此时变压器a优于b.2. 4. 1. 6若pao = pbo及pak = pbk，解得l =0/0（不定式）。在图2-2（b）中pa=f（）与pb6=f（）是同一条曲线。我公司新厂区2

10、#主变p2o =18.45, p2k =88.56；3#主变p3o =18.44，p3k =8.67.pao < pbo及pak > pbk，pao + pbo < pak +pbk时，解得l >1.属于第二种情况。同理也可推导出按无功功率和按综合功率经济运行，两台变压器间的临界负载系数lq 和lz：l=（qao qbo）/（qbk qak）1/2 （214）l=pao pbo+ kq（qao qbo）/pbk pak+ kq（qbk qak）1/2 （215）2. 4. 2 容量不同的变压器技术特性优劣的判定如果两台变压器的容量sde < sxe &#

11、160;  ，负载视在功率s，则两台变压器功率损失技术特性的计算公式为：pd=pdo+（s/sde）2 pdk （216）px=pxo+（s/sxe）2 pxk （217）sl=（pdo pxo）/（pxk/ sxe pdk/ sde）1/2 （218）其分析过程与容量相同的变压器特性分析相同，不作具体分析。3. 变电所变压器的经济运行3. 1容量相同、短路电压相同的变压器并列经济运行方式容量相同、短路电压相同，也就是说，在多台变压器并列运行时，认为负载分配是均匀的、相等的。短路电压相接近的条件是变压器间的短路电压差值uk%应满足下式要求：uk%=（udk%-uxk%）/u

12、pk%*100%5% （31）uk%变压器最大短路电压uxk%变压器最小短路电压up%并列运行方式中全部变压器短路电压的算术平均值沈鼓集团中央变电所设置3台主变，容量为5000kva，其中2#和3#主变并列运行供6300kw电机试车。如果试车产品为3200 kw及以下电机拖动试车2#和3#主变任意一台即可满足生产要求。2#主变uk2%=5.64%，3#主变uk3%=5.52%.根据（31）式可得：uk%=（5.64-5.52）/5.56*100%=2.15%5%因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。沈鼓集团新厂区中央变电所设置3台主变，容量为20000kva，其中2#和3#主变

13、并列运行供30000kw电机试车。2#主变uk2%=8.76%，3#主变uk3%=8.67%.根据（31）式可得：uk%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%5%因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。3. 1. 1相同台数并列的运行方式3. 1. 1. 1两台变压器并列运行两台变压器a、b并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为两台之和：p0=pa0+pb0 （32）pk= pak+pbk （33）如有ab及cd两种两台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：pab=pab0+ 2pabk （34）pcd=pcd0+ 2pcdk （35）根据（34）、（35

14、）式可解得临界负载系数l：lp=（pabo pcdo）/（pcdk pabk）1/2 （36）lq=（qabo qcdo）/（qcdk qabk）1/2 （37）lz=（pabzo pcdzo）/（pcdzk pabzk）1/2 （38）sl=2se （pabo pcdo）/（pcdk pabk）1/2 （39）如果sl的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果sl为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。论文出处(作者):3. 1. 1. 2多台变压器并列运行如有n台变压器并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为各台之和：pn

15、o=pi0 （310）pnk=pik （311）如有甲、乙两种n台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：pn甲=pi0甲 + 2pik甲 （312）pn乙=pi0乙 + 2pik乙 （313）根据（312）、（313）式可解得临界负载系数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 （pi0甲 pi    0乙）/（pik乙 pik甲）1/2 （317）如果sl的计算结果为

16、虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果sl为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。3. 2变压器经济运行方式的经济负载系数由于变压器各种运行方式的有功损失和无功损失随着负载发生非线性变化的特性，因此就存在着在某一负载系数条件下运行，其有功损失和无功损失最低的情况，称此负载系数为运行方式的经济负载系数。3. 2. 1单台变压器运行的经济负载系数3. 2. 1. 1有功经济负载系数jp=（po / pk）1/2 （3-18）3. 2. 1. 2无功经济负载系数jq=（io %/ uk %）1/2 （3-19）根据经验可知，随着变压器的容量增大，

17、有功损失系数稍微下降，而无功损失系数则明显下降，特别是当变压器容量增大到10000kva以上时，jp、jq下降更加明显。随着变压器耗能参数的改善，经济负载系数jp有较大的下降，而jq下降更加明显。所以，由于变压器的材质不同，容量不同，再加上制造水平不同，其经济负载系数jp、jq存在着很大差异。3. 3增设小容量变压器的经济运行我公司生产主变为5000kva，进户电源为10kv.白天最大功率4200kw，22点至次日凌晨6点平均功率为1300 kw.如果增设1600小变压器在22点至次日凌晨6点供电，其月基本电费为24000元，而节约的电费约为2280元。因此，增设小容量变压器没有节约电费，反而

18、增加电费。4. 配电变压器的经济运行4. 1变压器“大马拉小车”的技术分析4. 1. 1 问题的提出“大马拉小车”是指变压器长期不合理的轻载运行，它使变压器容量得不到充分的利用，效率降低。人们习惯以变压器的容量利用率作为划分“大马拉小车”的标准。节电措施中规定变压器负荷率小于30%即为“大马拉小车”。节约功率的习惯计算公式为：p=pdo- pxo （41）这种计算方法是不合理的。原因是忽略了负载时的铜损而只计其空载的铁损。一般情况下大容量变压器的铁损比小容量变压器的大，而供相同负载时铜损小。因此，符合实际的计算应该同时考虑两种因素，其计算公式为：p=pdo- pxo+ 2d（pdk-（sde/

19、sxe）2 pxk） （42）4. 1. 2“大马拉小车”临界负载系数的确定“大马拉小车”负载系数应根据变压器损失率的变化规律确定。按有功损失率确定临界负载系数，其计算公式为：pd%=（ po+2pk）/（secos+po+2pk）*100% （43）设“大马拉小车”有功临界负载系数为l，则有功功率的临界损失率为：pl%=（ po+ l2pk）/（ lsecos+ po+ l2pk）*100% （44）临界损失率与最低损失率的关系式为：pl%=kl*pd% （45）kl为变压器“大马拉小车”临界有功损失率系数。解得：l=（kl±（kl2-1）1/2） （46）由此可知，只要变压器实际

20、负载系数l，则变压器运行在“大马拉小车”区间内。l的大小与和kl的大小有关。l =0.382 （47）4. 2 变压器经济容量的确定两台容量相近的变压器都能满足供电要求，但选择哪台变压器必须进行分析计算才能确定。容量较大的变压器和容量较小的变压器功率损失和负载系数公式为：pd    =po+d2pk （48）px=po+x2pk （49）x = d（sde/sxe） （410）根据上式可得出临界经济容量的计算公式：sl=（pdo- pxo）/（pxk / sxe2 - pdk / sde2）1/2 （411）由图4-2可知，临界经济容量的意义是：当按实际

21、负载需用变压器的容量s> sl时，则选用容量大的变压器；反之，s<sl时，则选用容量小的变压器。4. 3变压器运行方式的经济运行区4. 3. 1单台变压器的经济运行区由于变压器损失率的负载特性是一个非线性函数，所以，如图4-3中可按损失率的大小分成三个运行区：经济运行区，不良运行区和最劣运行区。运行区间临界条件的计算公式是在“大马拉小车”临界条件的基础上导出的。4. 3. 1. 1根据式（4-6）可知，在一般情况下lj有两个根，即图4-3中a、b两点。所以，当负载系数在lj2lj1内变化时，变压器处在经济运行区，损失率是较低的，其变化范围pd%plj%.4. 3. 1. 2 根据上

22、图可知，l只有一个根，即图中点l.区间llj2及lj11称不良运行区。在此区间内变压器损失率是比较大的，变化范围是plj pll%，运行不经济。4. 3. 1. 3图4-3中0l是最劣运行区，通称过轻载运行区间，变压器损失率很大，运行极不经济。5. 科学管理和变压器经济运行5. 1变压器制造和经济运行变压器经济运行不仅取决于经济运行方式，同时更取决于变压器的制造水平。按变压器经常负载大致可以分为四种情况：一是经常处于满载或接近满载运行的变压器；二是经常处于多半载运行的变压器；三是经常处于少半载运行的变压器；四是经常处于轻载或空载运行的变压器。当前制造厂出厂的变压器，经济负载率大都是4060%范围，对上面的四类负载都不完全适应，特别是对满载或轻载运行的变压器损失率是很大的。因此，建议生产四个类型的变压器，其经济负载率分别为90%、65%、40%、20%.各用电单位都能根据变压器的负载情况选择相应的经济负载率的变压器。这样一来，各用电单位的变压器都能在经济运行区运行，就可以大量节约有