电气信息化工程管理与财务知识分析体系

年5月29日电气信息化工程管理与财务知识分析体系文档仅供参考届毕业设计(论文)材料系、部:电气与信息工程系学生姓名:谢娟指导教师:曹志平职称:讲师专业:电气自动化班级:0504学号:5月材料清单1、毕业设计(论文)课题任务书2、指导教师评阅表3、答辩及最终成绩评定表4、毕业设计说明书5、附录材料

届毕业设计(论文)课题任务书系:电气与信息工程系专业:电气自动化技术指导教师曹志平学生姓名谢娟课题名称配电变压器经济运行的研究内容及任务1.查阅本课题相关资料2.了解配电变压器经济运行区的确定3.分析变压器的负载调整对变压器经济运行的影响4.综合整理,论文撰写,完成设计拟达到的要求或技术指标1.变压器的基本结构与工作原理2.变压器经济运行的基本概念3.配电变压器经济运行研究4.负载调整对经济运行的影响5.变压器间负载的经济分配6.科学管理和变压器经济运行进度安排起止日期工作内容备注.03.10~.03.24.03.25~.04.15.04.16~.05.07.05.08~.05.18.05.19~.05.23下达任务书、收集资料、熟悉毕业设计课题总体方案设计编写毕业设计说明书教师评阅设计,学生进行总结、准备答辩毕业设计答辩主要参考资料[1]王英,郭小红,同步发电机与变压器原理及运行,太原电力高等专科学校,1995:20—28,[2]胡景生等著,变压器经济运行,中国电力出版社,北京,1999[3]李永,三绕组变压器经济实用计算,节能,·6:29—31[4]丁毓山,高松,变压器最佳容量确定和经济运行,中国水利水电出版社,1996:11—12[5]许建军,两部制电价与变压器的经济运行,铜业工程,·01[6]李小安,配电变压器无功功率的消耗与节能,电工技术杂志,1999·2:45—47[7]徐建政,凌云,并列运行变压器经济运行模式分析,电力自动化设备,·9[8]魏胜宏,并列运行变压器经济运行方式的自动控制,节能技术,·03教研室意见年月日系主管领导意见年月日湖南工学院届毕业设计(论文)指导教师评阅表系:电气与信息工程系学生姓名谢娟学号班级0504专业电气自动化技术指导教师姓名曹志平课题名称配电变压器经济运行的研究评语:(包括以下方面,①学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性;②检索和利用文献能力、计算机应用能力;③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力;)是否同意参加答辩:是□否□指导教师评定成绩分值:指导教师签字:年月日湖南工学院届毕业设计(论文)答辩及最终成绩评定表系(公章):学生姓名谢娟学号班级电气0504答辩日期课题名称配电变压器经济运行的研究指导教师曹志平成绩评定分值评定小计教师1教师2教师3教师4教师5课题介绍思路清晰,语言表示准确,概念清楚,论点正确,实验方法科学,分析归纳合理,结论严谨,设计(论文)有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据,基本概念清楚,主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合计100答辩评分分值:答辩小组长签名:答辩成绩a:×40％＝指导教师评分分值:指导教师评定成绩b:×60％＝最终评定成绩:分数:等级:答辩委员会主任签名:年月日说明:最终评定成绩＝a+b,两个成绩的百分比由各系自己确定,但应控制在给定标准的10％左右。

毕业设计说明书配电变压器经济运行的研究系、部:电气与信息工程系学生姓名:谢娟指导教师:曹志平职称讲师专业:电气自动化技术班级:0504完成时间:5月摘要变压器在整个国计民生中是一种应用极广的耗能设备。变压器是电力生产过程中的主要电器。变压器在变压和传递电功率时,其自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。由于变压器台数多、总容量大,因此在发、供、用电过程中变压器总的电能损失约占整个电力系统损失的30%左右。因此,全面开展变压器经济运行是实现电力系统经济运行的重要环节。变压器在变换电压及传递功率的过程中,自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。变压器的有功功率和无功功率损耗又与变压器的技术特性有关,同时又随着负载的变化而产生非线性的变化。因此,本文经过对变压器运行中损耗的分析,计算,总结出在实际运行过程中如何控制变压器的负荷大小,以减少变压器自身的损耗节约电能,降低成本,基本达到了我们想要的最终效果。关键词:变压器;空载损耗;短路损耗;经济运行

AbstractThetransformerisonekindofapplicationextremelybroadconsumesenergytheequipmentintheentirenationaleconomyandthepeople'slivelihood.Thetransformerisintheelectricpowerproductionprocessmainelectricappliance.Transformerwhenlivepressureandtransmissionelectricpower,itsownmusthavetheactivepowerlossandthereactivepowerconsumption.BecausethetransformerTaiwannumberaremany,theaggregatecapacityisbig,thereforeinsends,for,useselectricityintheprocessthetransformertotalelectricalenergylosstoapproximatelycomposeabout30%whichtheentireelectricalpowersystemloses.Therefore,comprehensivelydevelopsthetransformereconomymovementrealizestheelectricalpowersystemeconomymovementimportantlink.Thetransformerinthetransformationvoltageandinthetransmissionpower'sprocess,oneselfwillhavetheactivepowerlossandthereactivepowerloss.Transformer'sactivepowerandthereactivepowerlosewithtransformer'stechnicalcharacteristicrelated,simultaneouslyhasthemisalignmentchangealongwiththeloadchange.Therefore,thisarticlethroughtheanalysiswhichlosestothetransformermovement,thecomputation,howsummarizestocontroltransformer'sloadsizeintheactualmovementprocess,reducestransformerownlosstosavetheelectricalenergy,reducesthecost,hasachievedthefinaleffectwhichbasicallywewant.Keyword:Transformer;No-loadloss;Shortcircuitloss;Theeconomymoves

目录1绪论 121.1课题研究的目的与意义 121.2变压器经济运行概论 121.3变压器经济运行现状 131.4本文主要工作 132变压器的基本结构与工作原理 142.1变压器的基本结构 142.2变压器的工作原理 143变压器经济运行的基本概念 163.1技术参数 163.2变压器的功率损耗 173.2.1有功功率损耗 173.2.2无功功率消耗 183.2.3综合功率消耗 193.3变压器间技术特性分析 203.3.1容量相同双绕组变压器间技术特性优劣的判定 213.3.2容量不同双绕组变压器间技术特性优劣的判定 234配电变压器经济运行研究 254.1变压器的最佳负荷系数 254.2变压器经济容量的确定 274.3变压器经济运行区的确定 285负载调整对经济运行的影响 315.1调整负载曲线 315.2调载节能计算原理 325.3调整日负载曲线 335.4实例计算 336变压器间负载的经济分配 366.1容量相同的变压器间负载的经济分配 366.1.1两台变压器间负载的经济分配 366.1.2多台变压器间负载的经济分配 376.2容量不同的变压器间负载的经济分配 386.2.1两台变压器间负载的经济分配 386.2.2多台变压器间负载的经济分配 396.3变压器负载经济分配节约功率的计算 407科学管理和变压器经济运行 417.1变压器制造和经济运行 417.2变压器更新和经济运行 417.3技术管理和经济运行 418总结 43参考文献 44致谢 451绪论1.1课题研究的目的与意义能源是人类社会赖以生存的物质基础,是国民经济发展的动力。随着国民经济的发展,能源越来越被人们所关注。变压器在整个国极民生中是一种应用极广的耗能设备。变压器是电力生产过程中的主要电器。一般地说,从发电、供电一直到用电,需要经过三至四次变压器的变压过程。因此不但变压器的总台数要超过发电机的总台数,同时运行变压器的总容量也远超过运行发电机的总容量,而且也超过运行电动机的总容量。尽管如此,但因其数量多,容量大,因此在广义电力系统运行中,变压器总的电能损耗约占发电量的10%左右。这对全国说,意味着全年变压器总的电能损耗为1000多亿KWh,这相当于一个较大电力系统的发电量。变压器损耗约占电力系统线损的50%左右,在农电系统中变压器损耗约占农电网中损耗的60%—70%。因此,开展变压器经济运行,降低变压器损耗,是实现电力系统经济运行的重要环节,是节约电能的一个重要手段,开展对变压器经济运行的研究是非常必要的。由于在中国,配电变压器为10/0.4KV双绕组三相变压器,绝大多数情况下设计为三台以下运行,因此本次设计变压器的经济运行研究也仅限于双绕组变压器的研究。1.2变压器经济运行概论变压器作为一种能量转换装置,在转换能量过程中必定产生损耗,包括初级绕组的铜耗,次级绕组的铜耗和铁芯损耗。但在实际生产运行过程中,我们一般以空载损耗和短路损耗来作为衡量变压器损耗的两个重要参数,以此为依据,我们能够方便的计算出任意给定负载时的变压器效率,控制变压器的二次电流,使变压器经济运行。

由于变压器技术特性存在着差异,而且变压器的有功损耗和无功消耗是随着负载而发生非线性变化的。因此在变压器运行方式之间就存在着择优选取技术参数好的变压器,而且存在着最佳运行方式的问题。由此可知,所谓变压器经济运行是指在确保变压器安全运行及传输功能不变的基础上,经过优选运行方式,合理的分配负载,改进运行条件,使变压器在电能损耗低的状态下运行。因此变压器经济运行的实质就是变压器节电运行,充分利用现有设备条件,经过择优选取变压器经济运行方式,即可达到节电和提高功率因数的目的。1.3变压器经济运行现状变压器经济运行的理论分析和生产实践证明,变压器存在着经济运行,那就是把变压器经济运行的优化理论和定量计算方法与变压器各种实际运行工况密切相结合,其结果是变压器的损耗明显减少。20年来,中国一些地区推广变压器的经济运行,取得了较好的节电效果,可是由于没有一个统一的技术标准,而且还有人们习惯性的错误认识,因此普通存在着不同程度的变压器低效运行问题,主要表现在:(1)凡是一台变压器能承担的负载,就不用两台运行;(2)凡是小容量变压器能承担的负载,就不用大容量变压器运行;(3)如何判定变压器过轻负载(俗称”大马拉小车”)的问题,长期以来都是以变压器容量利用率来划分,其结果不但不省电,反而浪费;(4)认为变压器是高效率的设备,开展经济运行无潜力可挖(5)错误地认为变压器的利用率越高,变压器损失的电能就越小(即效率越高)有关变压器经济运行问题,沈阳工业大学成立了变压器经济运行研究所,胡景生教授就变压器经济运行方式进行了系统的理论分析,而且经过大量的实例说明变压器经济运行是一种经济实用的节电手段。1.4本文主要工作在综述了变压器经济运行方法研究和应用现状的基础上,本文的主要工作包括如下几个方面:在变压器经济运行的原理基础上,分析了变压器经济运行的几种不同情况,讨论如何把变压器经济运行原理与实际相结合来达到降低变压器的电能损耗和提高电源侧功率因数的目的。并对变压器经济运行进行了研究,考虑了负载调整对经济运行的影响和变压器负载的经济分配。配电变压器在整个配电网中数量多,损耗大。根据配电变压器运行的特点分析讨论其经济运行方式。

2变压器的基本结构与工作原理变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。它能够把一种交流电压、电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、电流的电能。变压器在电力系统中的主要作用是变换电压,以利于电能的传输。电压经升压变压器升压后,能够减少线路损损耗,提高送电经济性,达到远距离送电的目的;电压经降压变压器降压后,获得各级用电设备的所需电压,以满足用户使用的需要。2.1变压器的基本结构电力变压器的基本结构,包括铁心和一、二次绕组两大部分。铁心是变压器的主磁路,又是它的机械骨架。铁心由铁心柱和铁轭两部分组成,铁心柱上套装绕组,铁轭的作用则是使整个磁路闭和。为了提高磁路的导磁性能和减少铁心中的磁和涡流损耗,铁心用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。硅钢片分冷轧和热轧两种。冷轧硅钢片又分为无取向和取向两种,其中取向冷轧硅钢片有明显的方向性,即沿着轧制方向的磁性能好,因此当前电力变压器均采用冷轧取向硅钢片。绕组是变压器的电路部分,它一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。绕组是由截面为圆形,扁形的钢,铝导线绕制而成,绕组的主要形式有层式和饼式两种形式,层式绕组的线匝沿其轴向依次排列,饼式绕组的线匝在幅向形成线饼后,再沿轴向排列。按变压器铁心和绕组的配置来分类,可分为心式和壳式两种。心式结构的特点是绕组露出外侧,而铁心在内侧,从绕组绝缘上考虑,这种结构适用于高电压,壳式结构的特点是在铁心内侧安放绕组,从外侧看得见铁心,这种结构适用于低电压大电流的场合。2.2变压器的工作原理变压器几乎在所有的输变电系统中都要用到,变压器虽种类较多,但其工作原理相同,只是根据不同的使用场合(不同的用途),变压器的绕制工艺会有不同的要求。变压器的功能主要有:电压变换、阻抗变换、隔离及稳定(磁饱和变压器)等。变压器常见的铁心形状一般有E形和C形。如图2.1是变压器的原理图,为了便于分析,我们将高压绕组和低压绕组分别画在两边。与电源相联的称为原绕组(或初级绕组、一次绕组),与负载相联的称为副绕组(或次级绕组、二次绕组)。原副绕组的匝数分别为和。则两绕组之间只有磁的耦合没有电的联系。图2.1变压器的工作原理图图2.1变压器的工作原理图当绕组1接上交变电压时,则产生交变电流,根据电感生磁,磁感生电的电磁感应原理,将在铁心中激励与电源电压频率相同的交变的磁通,交变磁通在绕组1和绕组2中将产生同频率的感应电势和,在如图2.1所示的正方向下,由电势感应定律可知……………2.1……………2.2则,当改变原、副绕组的匝数即可改变副绕组的电压,若在绕组2上接负载,便有交流电能输出,从而实现了不同电压等级电能的传递。

3变压器经济运行的基本概念变压器技术参数是分析计算变压器经济运行的基础数据。变压器经济运行是寻求变压器运行中降低变压器的有功功率损耗和提高其运行效率(即降低变压器损耗率),以及降低变压器的无功功率消耗和提高变压器电源侧的功率因数。因此,变压器的有功功率损耗和有功损耗率的计算、无功功率消耗和无功消耗的计算等都是变压器经济运行的基础计算式。这些基础计算式及其相关理论是变压器经济运行的基础理论。同时变压器经济运行也是降低电力系统网损的重要措施,因此,变压器的综合功率损耗和综合损耗率的分析计算,以及变压器负载波动的动态计算,也都属于变压器的经济运行的基础理论。3.1技术参数(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,在一次侧加电压时,一次侧要产生电流——空载电流。空载电流的大小取决于变压器铁芯的磁通密度而由感应电动势方程式为:………3.1式中—电源频率—原绕组的匝数—铁芯截面变压器的空载电流和铁芯磁通密度存在着的非线性关系。空载电流为:………3.2——变压器一次阻抗——变压器激磁阻抗(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。为了减少涡流损失,必须增大铁芯的电阻,因此一般在铁芯材质中加上硅钢片,并把硅钢片制作薄一些。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。(3)短路电压(短路阻抗)短路电压,其值的大小主要取决于原副侧绕组的几何尺寸,如原副绕组的直径、绕组的厚度、绕组的高度及原副侧绕组间的距离等。短路电压主要是变压器原、副绕组的漏电抗的额定负载下产生的电压降。此值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。…………3.3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。(4)短路损失短路损失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,变压器铭牌规定的值,指绕组温度为75℃时额定负载产生的功率损失。3.2变压器的功率损耗3.2.1有功功率损耗变压器在传输功率过程中其自身要产生有功功率损耗,主要由两部分组成,即空载损耗与负载损耗。空载损耗是与负载大小无关的固定损耗,一般容量较大的变压器,其空载损耗越大。负载损耗是与负载电流成平方关系的可变损耗。在T小时内,变压器的有功功率损耗,损耗率的稳态计算式为:…………………3.4………3.5……3.6式中 ——T时间段内变压器的平均负——负载功率因素——变压器的输入功率,;——变压器的输出功率,;——变压器的额定功率,;——变压器额定容量,;——T时间内变压器计量侧的电能,;在T小时内,变压器的负荷是不断变化的,因此,在计算变压器损失时,应计及负载波动的影响,故在做动态计算时,引入负载波动系数以考虑这种影响,则功率损失能够写成下式: ………………3.7——负载波动系数负载波动系数是指在一定时间内,变压器负载波动引起的负载损耗与其平均负载损耗之比。图3.1变压器功率损失和功率损失率的负载特性曲线由上图可知变压器损失率是变压器负载系数的二次函数,先随着的增大而下降,当负载系数等于:…………………3.8时即铜损等于铁损。然后又随着增大而上升。是最小损失率的负载系数,称为有功经济负载系数。因此,当固定变压器运行时,可经过调整负荷来降低。同理可写出变压器有功损耗率的动态计算式:………………3.93.2.2无功功率消耗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。在变压器传输功率的过程中,变压器自身的无功功率消耗远大于有功功率损耗。同有功功率损耗一样,T时间段内,变压器的无功功率消耗和无功消耗率的稳态计算式为:……………3.10…3.11变压器无功功率消耗和无功消耗率的动态计算式……………3.12……………3.133.2.3综合功率消耗综合功率损耗是指变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使电网增加的有功功率之和。综合功率损耗也是有功功率损耗,它的提出是具有系统性的。变压器综合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳节电法,是既考虑有功电量节约,又考虑无功电量节约的综合最佳;是既考虑用电单位的节电,又考虑供电网损降低的系统最佳。T时间段内双绕组变压器综合功率损耗和综合功率损耗率的稳态计算式:………………3.14或 ………………3.15………………3.16——无功经济当量——空载综合功率损耗——额定负载综合功率损耗………………3.17………………3.18无功经济当量的物理意义为:变压器每减少1无功功率消耗时,引起连接系统下降的值,因此的大小和变压器在系统中和位置直接相关。关于无功经济当量能够在表3.1中查出,表中的编号与变压器的安装部位是一一对应的。表3.1无功功率经济当量KQ值图3.2电网系统示意图图3.2电网系统示意图双绕组变压器综合功率损耗和综合功率损耗率的动态计算式:…………3.19…………3.20综上所述,为了确保变压器安全运行避免变压器的频繁倒闸操作,变压器的经济运行方式的优化不可能按负载的瞬时值。而是用稳态计算式进行计算。变压器经济运行方式的优化计算分别考虑有功功率损耗最小,无功功率消耗最小和综合功率损耗最小的三种情况。如果用户以节约有功电量为主,则应按有功功率经济运行进行优化;如果是为提高功率因数为主,则应按无功功率经济运行进行优化;如果两者兼顾或者以降低系统线损为主,应按综合功率经济运行进行优化。3.3变压器间技术特性分析变压器的功率损耗和损耗率的负载特性曲线称为变压器技术特性。变压器技术特性优劣的判定是变压器经济运行的基础,其标准是:在相同负载条件下,损耗小者为优,损耗大者为劣。在有些情况下能够直观地区分变压器技术特性的优劣,但在有些情况下(特别是对容量不同的变压器),其技术特性的优劣需要经过判定公式计算后才能确定。3.3.1容量相同双绕组变压器间技术特性优劣的判定(1)按有功功率损耗计算若A,B为两台容量相同的变压器,我们可写出各台变压器有功功率损耗的计算式:…3.21…3.22令,对上式求解,可推出变压器A和变压器B按有功功率经济运行的技术特性优劣判定的临界负载功率:……………3.23(2)按无功功率消耗计算同有功功率损耗计算,变压器A和变压器B的载功功率消耗的计算式:…3.24…3.25令,可得变压器A和变压器B按无功功率经济运行的技术特性优劣判定的临界负载功率:……………3.26(3)按综合功率损耗计算同以上的分析,变压器A和变压器B的综合功率损耗计算式和临界负载功率为:…3.27…3.28……………3.29根据式3.27和式3.28绘出变压器A,B的综合功率损耗曲线图,判定变压器间技术特性的优劣。0(a)(b)图3.3容量相同的变压器临界负载功率曲线图图中两曲线的交点的横坐标就是临界负载功率,根据式0(a)(b)图3.3容量相同的变压器临界负载功率曲线图(1)当时,,两条曲线没有交点,临界负载功率不存在。变压器A的技术特性优于变压器B。(2)当时,则。临界负载功率超过变压器的额定容量,因此使用小的变压器运行好。(3)当时,临界负载功率存在。时,在小于的情况下,变压器A的技术特性优于变压器B,小的变压器运行好。在大于的情况下,变压器A的技术特性劣于变压器B,大的变压器运行好。(4)当时,。这种情况下,任何负载条件都是使用小的变压器运行好。(5)当时,。两条曲线曲率完全相同,没有交点。变压器A的技术特性优于变压器B。(6)当时,,两台变压器的技术特性完全相同,不存在优劣之别。以上按综合功率损耗来判定变压器间技术特性的优劣。其判定方法也完全适用于按有功功率损耗和无功功率消耗来判定变压器间技术特性的优劣。容量不同双绕组变压器间技术特性优劣的判定如果两台变压器的容量,负载视在功率为,则两台变压器综合功率损耗的计算式和分别为:…3.30…3.31令,可推出按综合功率经济运行时,变压器A和B之间技术特性优劣判定的临界负载功率…………3.32根据式,按运行方式我们能够分四类:(1)当及,解得时,即在小容量变压器满载前就需要切换大容量变压器运行。(2)当时,分别解得。在小容量变压器满载之后才需要切换大容量变压器运行。(3)当时,分别解得。在任何负载条件下都是大容量变压器运行经济。(4)当及,解得,此时当容量大的变压器B的技术特性优于容量小的变压器A;当时,容量小的变压器A的技术特性优于容量大的变压器B;当时变压器A已超载,只能用容量大的变压器B运行。当及时,解得时,说明两台变压器技术特性完全相同,但由于,因此应选择容量大的变压器B运行。

4配电变压器经济运行研究配电系统是电力系统中直接面向用户以分配电能为目的的系统。配电系统主要由各种配电设备(主要包括馈线、配电变压器、各种开关等)组成的配电网和配电网中的保护、测量装置以及通信、控制设备构成,按一定的规则运行,以高质量的电能持续地满足电力用户需求。就中国电力系统而言,配电网是指110以下的电网。在配电网中,一般把110、35级称为高压配电网,10级称为中压配电网,0.4级称为低压配电网。配电网的理论线损主要包括配电线路中导线的电能损耗、配电变压器的铜损和铁损及其它(如电容器)损耗。在配电网的总电能损耗中,变压器的电能损耗占绝大部分。大部分农村配电网理论损耗的构成比例。如表4.1。表4.1农村配电理论损耗构成比例损耗种类构成比例总电能损耗100%线路导线中的电能损耗平均18%左右变压器铜损平均13%左右变压器铁损平均68%左右其它(如电容器、电能表、互感器)损耗多数为1%从表4.1能够看出,在农村配电网的电能损耗中,变压器损耗是主要因素,约占总电能损耗的80%以上。因此研究变压器的经济运行、降低变压器的损耗是非常有意义的,对提高整个配电网的经济效益起着举足轻重的作用。4.1变压器的最佳负荷系数要使变压器在运行中的效率最高,必须使其有功功率为最小,一台变压器在负荷为时的有功损耗换算值为:……………4.1式中——变压器的空载损耗(铁损、)——变压器的短路损耗(铜损、)——变压器空载时的无功损耗增量(kvar)——变压器额定负荷时的无功损耗增量()——无功经济当量换算系数(/)——负荷系数,变压器负荷容量与其额定容量之比,即。根据最佳负荷系数计算式可得(推导公式略):………4.2式中:——变压器的最佳负荷系数、均可在变压器手册中查得,、能够根据变压器手册中的参数计算求得。如果忽略无功功率,有:…………………4.3这说明运行中的变压器实际铜损等于铁损时便是处在最高效率状态。在最佳负载系数,下运行时,功耗率最低,在恒定负荷或均衡负荷时段内,功耗率最低也便是能耗率最低,对于变压器运行中的每时每刻,都需尽可能争取处在或十分接近于最高效率状态为最经济。而对于大量存在的变动负荷,则要求其在变动负荷时段(如年、月、日)内能耗损失率最低为经济运行所追求的目标,因此在工程实践中采用调整变压器负荷等许多技术措施,也都是为了尽可能实现或接近状态下的节能运行。变压器的最佳负荷系数是从变压器的设计参数出发,按运行时单位功率损耗最小,效率最高来考虑的,没有考虑到负荷的变化情况。因此最佳负荷系数是一个瞬时值,而一般变压器的负荷随时间的变动较大,如居民生活区中的配变,它的最大负荷发生在晚上6:30-11:30。因此按此原则选择则变压器难以保证在不同负荷容量下的效率都高,而且功率一般是瞬时的,它不能反映能量的大小。因此,变压器运行的经济性,需从”工作效率最高→功率损耗最低→实耗率最低”的模式来考虑。只有在尽可能长时间使变压器工作在最高效率、最低功耗率状态下,求得全年、全月或全日变压器能耗最低,方可取得最好的经济效益,才能称得上属于经济运行。不讲工作效率的能耗最低,事实上是毫无实际意义的,因为我们绝不会将全年处于空载状态下的变压器称作是最经济运行的。当电力负荷很平稳且无空载运行时,如此时的变压器损耗最小,就能够说变压器在节能运行,是经济的。对于变动负荷来讲,按上述方法来选择配变容量是不全面的,在许多情况下不但不能节省电能,反而会多耗电能,因此,变负荷条件下可经过实际负荷曲线和经济运行区间来确定变压器的容量。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: ……………4.4……………4.5…………………4.6根据上式可得出临界经济容量的计算公式:…………4.7变压器经济容量确定的原理图如图4.1。图4.1变压器经济容量确定的原理图由图4.1可知,临界经济容量的意义是:当按实际负载需用变压器的容量时,则选用容量大的变压器;反之,时,则选用容量小的变压器。例如已知负载为58.5千瓦,cos=0.9,现有两台闲置变压器可供用:一台是100千伏安,=0.6千瓦、=2.25千瓦、=5.3%、=7.5%;另一台是180千伏安,=1千瓦、=3.6千瓦、=4%、=6.5%。试按经济运行条件加以选择。解利用4.7式求得临界经济容量:由把上边各值带入4.7式得出:按题意可求得负载需用变压器容量=58.5/0.9=65KVA。按有功计算,=65＞=54.6,应选用180千伏安变压器;再按无功计算,=65＜=70,应选用100千伏安变压器。二者发生矛盾。因此,应按综合功率计算选用。取无功经济当量=0.2,由把各值代入4.7式求得:由于=65＞=61.2,因此最后应选取180变压器。由此可见,一定要扭转单纯根据变压器容量的利用率来选变压器容量做法,应经过计算,按变压器经济运行条件来考虑变压器的容量。4.3变压器经济运行区的确定国家标准<GB/T13462-92A工矿企业电力变压器经济运行导则>提出了变压器经济运行区的概念,并给出了按综合功率确定变压器经济运行区的方法:变压器在额定负载条件下的运行应属于经济运行区。因此,经济运行区的上限值定为,经济运行区的下限值所对应的损耗率如图所示,要与额定负载损耗率相等。在经济运行区运行时,其损耗率要低于额定负载损耗率,即变压器在经济运行区间的效率要高于变压器在额定负载下的运行效率。(1)变压器经济运行区的确定变压器综合功率损耗率的计算式为………………4.8根据上式可得变压器综合功率损耗率的特性曲线,如图4.211图4.2图4.2变压器综合功率经济运行区间由图可见,负载系数范围内,为递减函数,在范围内,是递增函数,但其曲率比递减时小得多(变化比较平稳)。变压器长期满载运行应视为安全合理的,因此,GB/T13462-92A规定变压器在额定负载条件下运行作为经济运行区的上限值。因为变压器在额定负载下运行时,因此损耗率的计算式为:………………4.9当变压器负载率为时,其综合功率损耗率的计算式为:……………4.10因为=,因此可得下列关系式:……4.11在上式中,,因此式能够简化为:…………4.12由上式可解得变压器综合功率经济运行区的负载系数的下限值的计算式:…………………4.13(2)变压器经济运行区的优选运行段(最佳运行区)变压器经济运行区包括了变压器额定负载在内的较大负载范围,而在这个范围的边缘(如接近的负载系数),其损耗率与最低损耗率相比仍较高,有必要在经济运行区内确定优选运行段。确定优选段的目的,是为了保证在此负载范围内,把变压器的综合损耗率降低到最小,从而实现高效降损的目的。国标<GB/T13462-92A工矿企业电力变压器经济运行导则>中规定变压器经济运行区优选段的上限值为根据变压器综合功率损耗率特性曲线,能够找到与时的对应点,即为优选段的下限值。根据其综合功率损耗相等可得下式:………………4.14与前面推导经济运行区下限值的方法相同,经化简可解得:…………………4.15在论述了变压器经济运行区和经济运行区优选段的确定后,可将变压器的运行区间划分为最佳经济运行区,经济运行区,最劣运行区,并绘制图4.3。11不良区经济区最佳运行区图4.3变压器综合功率运行区间划分图由图4.3可知,综合功率的运行区间范围是:(1)最佳运行区(优选段)(2)经济运行区(3)非经济运行区同理,变压器的有功功率和无功功率也按上述的方法分为最佳运行区,经济运行区和非经济运行区。

5负载调整对经济运行的影响电力系统的用电负载每时每刻都在发生变化,而发电和用电每时每刻又都要保持相对平衡。对于电力负载波动大的用电单位,需要调整负载来降低尖峰负荷。同时,调载也能够节电。实例表明,负载调整对于降低变压器的有功损失和无功消耗,提高变压器经济运行,充分发挥发电设备的容量显得尤为重要。5.1调整负载曲线变压器功率损失为(为负载系数)。如图5.1所示,是一个二次递增函数,因此任何两个自变量和的平均值的函数小于该两个自变量的函数的平均值,即……5.1由上面的分析可知,当变压器总的用电负载不变时,经过调整负载曲线,使均方根值更趋向平均值,就能够减少变压器的功率损失。此方法同样也适用于变压器无功消耗的负载特性。00图5.1变压器损耗曲线5.2调载节能计算原理变压器功率损失的瞬时值与瞬时负载系数的关系为:……5.2对其积分,可得出T时间内变压器的电能损失为:……………5.3对式(2)除以T,即,可得时间T内的变压器平均功率损失:……………5.4设负载系数的均方值为:…………………5.5负载系数的平均值为:…………………5.6调载前变压器负载波动系数为:………5.7设调载后变压器的瞬时负载系数为,则调载后负载波动系数为:…………………5.8在只考虑负载波动影响的情况下,应认为调载前后平均负载系数是相等的,变压器的平均负载系数为:………………5.9式中:A——经过变压器的电能,——经过变压器的额定容量,T——运行时间——平均功率因数、——变压器的负载系数分别为和时的平均负载系数式(1)可写为:………5.10若T小时内变压器的负载电量不变,调载前后负载系数分别为和,负载波动系数为和,由上式可推出调载前后平均功率损失节约值为:……………5.11……………5.125.3调整日负载曲线变压器全日电能损失:……………5.13——小时平均负载系数由公式(4)、(5)、(6),日负载系数均方值为:………………5.14日负载系数平均值:………………5.15日负载波动系数:……5.16如果调载前后日负载波动系数为和,则调载前后变压器全日有功电量和无功电量的节约为:…………5.17…………5.185.4实例计算某工厂用电变压器为1800。技术参数为:=8kW,=24kW,=4.5%,%=5.5%。全日负载=0.9。原为一班生产,后调整为二班生产,其负载分配如表5.1,试计算变压器节电效果。表5.1工作安排计划运行时间0~8时8~16时16~24时生产班次一班27kW1530kW27kW二班657kW900kW27kW解:一班生产情况0～8时及16～24时的负载系数B为8～16时由式5.14、5.15分别求得日负载系数均方值日负载系数平均值由式5.16求得日负载波动系数二班生产情况0～8时8～16时16～24时日负载系数均方值日负载系数平均值日负载波动系数由公式5.17、5.18计算日有功电量、日无功电量的节约值分别为由以上分析计算可见,在变压器负载不变的条件下,二班比一班生产每日节电81.4,全年节电2.96万。每日节约无功用电量335.8,全年节电11.95万。本例中无功节电是有功节电的四倍多。因此在日供电量不变的情况下,调整变压器负载不但能够降低变压器损失做到节电,同时还能够降低变压器无功功率消耗,提高变压器一次功率因数。

6变压器间负载的经济分配6.1容量相同的变压器间负载的经济分配6.1.1两台变压器间负载的经济分配设变压器A的负载视在功率为,变压器B的负载视在功率为,变压器A,B总的负载视在功率:……………6.1两台变压器总的有功功率损耗的计算式为:………………6.2上式中βA和βB的计算式分别为:………………6.3将式6.1、6.2代入式6.3可得:………………6.4若变压器总的负载视在功率保持不变,且负载功率因数是一个固定的值,则两台变压器总的有功功率损耗随着变压器A的负载视在功率的变化而变化。则式6.4可写成函数式,其函数曲线为图6.1:ZZ00图6.1变压器负载经济分配由于是个二次函数,因此在该函数定义域内存在一个极小值,如上图中的Z点,在这一点处变压器总的功率损失最小。对上式求一阶导数可得出:………6.5当变压器A的负载视在功率时,变压器总的功率损失取得极小值,如果把式6.5中的自变量换为,对函数求导,同样可得:………6.6令变压器A和B的有功负载经济分配系数,分别为:………6.7由上可知,两台容量相同变压器间负载的经济分配,是与变压器自身的短路损失成反比的。6.1.2多台变压器间负载的经济分配N台变压器的总负载视在功率为:…………6.8则N台变压器总的有功功率损耗的计算式为:…6.9假定第1台到第n-1台变压器间的负载已按有功经济负载系数分配,则此时的负载视在功率分别为:………6.10——n-1台变压器中第台变压器有功负载经济分配系数。把式6.10代入式6.9并整理得:……6.11若变压器总的负载视在功率保持不变,负载功率因数也是一个固定的值,则N台变压器总的有功功率损耗随着第N台变压器的负载视在功率的变化而变化。则式6.11可写成函数式,对其求导并令其等于0,可得:………6.12第X台变压器负载视在功率经济分配的计算式为:………6.13因此,第X台变压器的有功负载经济分配系数为:………6.14由式6.7和式6.14可分别得:两台变压器时,N台变压器时,由上述各式的分析推导可看出:对N台容量相同的变压器,变压器间的有功负载经济分配系数与变压器总的负载大小无关,而主要取决于各台变压器短路损耗的大小。其负载按变压器短路损失成反比进行分配是最经济的。因此当一个地区或一个企业变压器的运行台数和运行方式确定后,其各台变压器的有功负载经济分配系数也就确定了。分析和计算变压器间负载经济分配的实质也就是分析和计算变压器间的负载经济分配系数。6.2容量不同的变压器间负载的经济分配6.2.1两台变压器间负载的经济分配设变压器A的额定容量为,负载视在功率为,变压器B的额定容量为,负载视在功率为,变压器A,B总的负载视在功率: ………6.15变压器A,B的负载系数分别为:………6.16两台变压器总的有功功率损耗的计算式为:………6.17同以上分析相似,两台变压器总的有功功率损耗随着变压器A的负载视在功率的变化而变化。对函数求导并令其等于零得:………6.18同理可得出变压器B的负载经济分配计算式为:………6.19由上式可直接推出变压器A,B的有功负载分配系数为:……6.206.2.2多台变压器间负载的经济分配同理可推导出N台容量不同的变压器间第X台的有功负载经济分配系数:……………6.21由上式可看出:容量不同的变压器间的有功负载经济分配系数与变压器总的负载大小无关,而与变压器短路损失反比,与变压器容量的平方成正比。6.3变压器负载经济分配节约功率的计算变压器间负载的经济分配必然要比按容量分配节约功率。设变压器按容量分配负载时其负载视在功率为,其损耗为:………6.22按负载经济分配时的负载视在功率为,损耗为:………6.23两式相减得变压器节约的有功功率为:………6.24由以上分析可知,如有N台变压器,原来负载按自然分配,现在实行经济分配,其总的有功功率节约计算式为:………6.25对于变压器间负载的分配,不能只根据变压器的容量进行负载分配。而是要以各台变压器的技术特性为依据,分别计算出各台变压器的