淺談新參數(shù)下的變壓器經(jīng)濟運行
王潔珊
中山火炬開發(fā)區(qū)電氣安裝工程有限公司廣東中山528437
摘要：本文分析了當前經(jīng)濟環(huán)境下變壓器經(jīng)濟運行的必要性與可行性,并針對變壓器的技術參數(shù)，提出了根據(jù)變壓器的參數(shù)，選取合理的經(jīng)濟運行方式，從而達到節(jié)能的目的。
關鍵詞：變壓器；技術參數(shù)；經(jīng)濟運行
變壓器作為電力系統(tǒng)主要的電壓變換設備，已被廣泛應用于輸電與配電領域，變壓器的參數(shù)選擇直接關系到電網(wǎng)的經(jīng)濟運行與投資。變壓器的經(jīng)濟運行是在傳輸電量不變的情況下，通過調整負載和選取最佳的運行方式，從而把變壓器的電能損失降到最低。變壓器的損耗在電力系統(tǒng)能量的損耗中占相當大的比例，因此，實施變壓器的經(jīng)濟運行是降低電網(wǎng)損耗、節(jié)約電能、實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的有效方式。
變壓器在變換電壓和傳遞功率的過程中，會產(chǎn)生有功功率和無功功率的損耗。變壓器的有功功率和無功功率損耗不但與變壓器的技術特性有關，而且會隨著負載的變化而產(chǎn)生非線性的變化。因此，必須根據(jù)變壓器的技術參數(shù)，選擇合理的運行方式，同時加強變壓器的運行管理，充分利用現(xiàn)有的設備條件，從而達到節(jié)約電能的目的。
1.變壓器經(jīng)濟運行的必要性與可行性
1.1必要性
變壓器經(jīng)濟運行是節(jié)能減排工作的重要組成部分，是應對當前經(jīng)濟環(huán)境的重要措施，是電力部門深化改革與發(fā)展的必然選擇。隨著經(jīng)濟全球化與工業(yè)化的進程,能源短缺問題與環(huán)境問題已成為當今制約全球可持續(xù)發(fā)展的主要問題。近幾年來,我國大大增強節(jié)能減排力度,因此，要求電力系統(tǒng)降低損耗,實施變壓器的經(jīng)濟運行便是電力系統(tǒng)降低能耗的一個重要舉措。此外，受金融危機的影響，部分變電站已出現(xiàn)大馬拉小車的狀況，從而急需采用相應的技術和管理措施來改變這種高損耗的狀態(tài)，促進變壓器運行方式的進一步優(yōu)化。
1.2可行性
現(xiàn)階段，我國的電網(wǎng)建設已取得了階段性成效，從而保證了變壓器經(jīng)濟運行工作開展的安全性。目前，由于受到經(jīng)濟環(huán)境的影響，用電需求有所回落，從而使得變壓器的負載率有所降低，這同時也為變壓器的經(jīng)濟運行提供了空間。此外，多年來調度運行工作的開展，培養(yǎng)了大批優(yōu)秀的技術人才，積累了許多寶貴的經(jīng)驗，這為變壓器經(jīng)濟運行工作的開展儲備了先進的運行經(jīng)驗。
2.變壓器的技術參數(shù)
變壓器的技術參數(shù)是計算分析變壓器經(jīng)濟運行的數(shù)據(jù)基礎，它是表征變壓器在供電過程中自身損耗性能的。變壓器常用的技術參數(shù)包括額定容量、空載電流、空載損耗、短路電壓、短路損耗等。其中，三繞組變壓器的空載電流與空載損耗的物理概念和計算方法與雙繞組變壓器相同，但三繞組間的短路電壓與短路損耗必須要換算為各側繞組的短路損耗與各側繞組的額定負載漏磁功率后，才能對三繞組變壓器的有功功率損耗與無功功率損耗進行計算。
每臺變壓器都會發(fā)生有功功率的空載損失與短路損失，以及無功功率的空載消耗與額定負載消耗。由于變壓器的容量、電壓等級以及鐵芯材質的不同，因此上述各項參數(shù)也不盡相同。所以，變壓器經(jīng)濟運行即是選取最佳組合參數(shù)的變壓器的運行方式運行。
2.1空載電流
空載電流是在變壓器空載運行過程中建立起主磁通，所以空載電流又可稱作勵磁電流。當變壓器負載一端開路，并且在電源一端加額定電壓時，原邊繞組就會有電流流過，這個電流就是變壓器的空載電流：；式中為變壓器的額定電流（A），為變壓器的額定容量（kVA），為變壓器的額定電壓（kV）。
2.2空載損耗
空載損耗是變壓器在額定電壓的條件下，鐵芯內由空載電流引起磁通周期性變化時而產(chǎn)生的損耗，也叫做鐵芯損耗（包括基本鐵損與附加鐵損）�；捐F損是變壓器鐵芯中的磁滯損耗與渦流損耗。附加鐵耗則包括鐵芯疊片間因絕緣部分引起的局部渦流損耗和主磁通在結構部件中引起的渦流損耗，以及高壓變壓器中的介質損耗等。
2.3短路電壓
變壓器的短路電壓是指在二次繞組短路的情況下，在一次繞組施加額定頻率的低電壓，當二次繞組通過額定電流時，一次繞組所施加的電壓就稱為變壓器的短路電壓，也稱為阻抗電壓。一般狀況下，阻抗電壓都用對額定電壓的百分比%來表示，即稱為短路阻抗：%=；式中為變壓器的額定電壓（kV）。
就三繞組變壓器而言，短路電壓共有三個值：當變壓器二次側繞組處于短路條件下，并使該繞組達到額定電流時，在一次電源一端施加的電壓為短路電壓；當變壓器的三次側繞組短路條件下，并且使該繞組達到額定電流時，在一次電源一端施加的電壓為短路電壓；使額定容量小的一側繞組（二次側或三次側）達到額定電流時，在另一側（二次側或三次側）施加的電壓為短路電壓。三繞組變壓器的短路電壓值是分別用百分比%、%、%來表示。
2.4短路損耗
短路損耗又叫做額定負載損耗。當變壓器在額定負載下運行時，額定電流流過一次、二次繞組，則繞組中所產(chǎn)生的損耗稱為額定負載損耗（包括基本銅損與附加銅損）。
就三繞組變壓器而言，其短路損耗共有三個值：當變壓器二次負載側處于短路條件下，并且使該側繞組達到額定電流時，在一次側繞組和二次側繞組所產(chǎn)生的總功率損耗為短路損耗；當變壓器三次負載側在短路條件下，并且使該側繞組達到額定電流時，在一次側繞組與三次側繞組所產(chǎn)生的總功率損耗為短路損耗；當變壓器三次負載側（或二次側）在短路條件下，并且使額定容量小的繞組達到額定電流時，在二次側與三次側所產(chǎn)生的總功率損耗即為短路損耗。
2.5無功損耗
在以上四個變壓器技術參數(shù)中，空載電流與空載損耗主要是反映鐵芯的特性，是通過空載試驗測得的。當變壓器二次側開路、一次側加上額定電壓的狀態(tài)下，在一次側所測得的電流值即是空載電流，在一次側測得的有功功率值即是空載損耗。短路電壓與短路損耗主要是反映一次、二次繞組的特性，可以通過額定負載條件下短路試驗所取得的。當變壓器二次側短路、一次側加上電壓，使一次、二次側繞組電流均達到額定值時，測得的電源一端的電壓即是短路電壓，測得的有功功率即是短路損耗。與主要反映變壓器的有功功率損耗，而與則反映變壓器的無功功率損耗，但要進行換算，其過程如下。
變壓器在空載實驗時，電源側的視在功率(kVA)為：=。
變壓器在空載實驗時，電源側的勵磁功率(kvar)為：=。
變壓器在短路試驗時，電源側的視在功率(kVA)為：。
變壓器在額定負載時所消耗的漏磁功率(無功功率)(kvar)為：=。
在進行變壓器經(jīng)濟運行的計算分析時，為了簡化計算，可近似認為：
=；
。
3.變壓器的功率損耗
3.1有功功率損耗
變壓器在傳輸功率的過程中其自身要產(chǎn)生有功功率損耗(即空載損耗與負載損耗的總和)。
雙繞組變壓器有功功率損耗ΔP為：；式中為負載系數(shù)，=/（為變壓器實際負荷，為變壓器額定容量）；為空載有功損耗；為短路有功損耗。三繞組變壓器有功功率損耗ΔP為：；式中=/為各側繞組的負載系數(shù)，其中。
3.2無功功率損耗
由于變壓器的變壓過程是借助于電磁感應完成的，因此變壓器是一個感性的無功負載。在變壓器傳輸功率的過程中，變壓器自身的無功功率消耗遠大于有功功率損耗。在計算分析變壓器的經(jīng)濟運行時，不只要考慮有功功率損耗最小，還要考慮到無功消耗最小。變壓器經(jīng)濟運行不僅能節(jié)約電能，還能提高變壓器電源的功率因數(shù)。雙繞組變壓器無功功率損耗ΔQ為：；式中為空載無功損耗；為短路無功損耗。三繞組變壓器無功功率損耗ΔQ為：。
4.技術管理和經(jīng)濟運行
不同的功率因數(shù)所導致的變壓器有功和無功損耗是不同的，隨著功率因數(shù)的增高，變壓器的有功損耗與無功損耗都會下降，因此，減少變壓器的降壓次數(shù)，就可以減少變壓器的損耗。從而應盡量提高功率因數(shù)，降低變壓器的無功功率。變壓器繞組的電阻會隨著溫度升高而增大，同一變壓器在相同負載下，若溫度越低，損耗也就越低，因此，作好變壓器散熱工作，降低變壓器的溫度，是降低變壓器損耗的有效手段。
5.總結
綜上所述，開展變壓器經(jīng)濟運行范圍廣，方式多，節(jié)電效果也很好。充分利用現(xiàn)有的設備條件，經(jīng)過嚴密的計算分析，選取最佳技術參數(shù)的變壓器，從而實現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟運行。
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