負荷變化與配電變壓器的損耗

摘 要：本文分析了配電變壓器損耗與負荷變化的關(guān)系，提出了計算配電變壓器電能損耗時應(yīng)考慮負荷電流變化及無功損耗影響的觀點。并結(jié)合遼陽石化公司芳烴廠的實際，提出了節(jié)能降耗的措施并計算了經(jīng)濟運行后的節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：變化的損耗；變壓器效率；經(jīng)濟運行；

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-02

一、前言

配電變壓器將系統(tǒng)電網(wǎng)的高電壓降壓為配電電壓，大量應(yīng)用于將配電電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪弘娖鞯挠秒婋妷海?80V/220V）。對于數(shù)量眾多的配電變壓器來說，變壓器的損耗也是相當(dāng)驚人的，所以，正確計算變壓器損耗十分重要，有利于正確選擇配電變壓器的容量，提高變壓器的效率和實現(xiàn)經(jīng)濟運行，即最大限度地減少變壓器的損耗。

二、配電變壓器損耗隨負荷變化而變化

變壓器的損耗分為磁損耗和負載損耗，“磁損耗”就是主磁通Фm在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的有功損耗和無功損耗，因為變壓器主磁通只與電壓和頻率有關(guān)，與負荷電流無關(guān)。通常用變壓器空載試驗來確定其參數(shù)空載損耗ΔP0的大小，空載有功損耗又稱為鐵損?！柏撦d損耗”負載電流通過變壓器繞組產(chǎn)生的有功損耗和無功損耗，通常用短路試驗來來確定其短路損耗ΔPd和短路電壓百分比Ud%的大小，短路損耗又稱銅耗，銅耗的數(shù)值一般比鐵耗大好幾倍，并且負載損耗與通過變壓器繞組的負荷電流平方成正比變化，所以配電變壓器損耗隨負荷率變化。

配電變壓器運行時，有時通過電流很大，有時很小，有時甚至接近于空載，這時配電變壓器的損耗就更大了。大量的配電變壓器成年運行，積累的損耗相當(dāng)驚人，所以應(yīng)采取合理的損耗分析計算方法及相應(yīng)的減少損耗的措施。

三、計算配電變壓器損耗隨負荷變化的方法

已知負荷曲線計算配電變壓器的損耗已知日負荷曲線，計算一日內(nèi)配電變壓器電能損耗。其中負載損耗ΔAd與通過變壓器繞組的負荷電流It有關(guān)。

⊿Ad=3RTI2t×10-3dt=⊿Pd （It/ Ie）2dt （KWH）

式中：⊿Ad -----一日內(nèi)變壓器負載損耗

RT -----變壓器繞組的電阻（Ω）

I.e. ------變壓器額定電流 （A）

⊿Pd-----三相變壓器繞組的銅耗（KW）

由于負荷電流I.t 的數(shù)學(xué)表達式不易寫出，將負荷曲線作成梯形，然后按小時分段考慮計算，即 It dt = I12 + I22 + --------- + I242 = 。

再考慮一日內(nèi)變壓器的鐵損電量⊿A0 = ⊿P0× 24 （KWH），

配電變壓器日內(nèi)有功電能損耗為：

⊿A=⊿Ad+⊿A0=〔⊿Pd+⊿P0 （It/Ie）2〕×24（KWH）--------①

⊿P0 ------- 配電變壓器空載損耗（KWH）

計算一天的電量損耗無太大實際意義，還應(yīng)根據(jù)年負荷曲線計算變壓器一年的電能損耗，計算方法同日電能損耗的計算方法，時間應(yīng)為一年內(nèi)變壓器實際運行時間的總和。

四、配電變壓器的效率

變壓器的效率指輸出功率P2與輸出功率P1之比，

P1=P2+ΔP

效率η = P1/P2 × 100%

= × 100%

= （1- ）× 100% --②

Pfe ------變壓器鐵損

Pcu ------變壓器銅損

為了簡便起見，計算時作一些假定：

（1）計算P2 時，忽略U2 的變化，即認為：

P2 = U2 I2 cosφ≈ U2NI2N （I2/I2N） cosφ= βSN cosφ

式中，β= I2/I2N 為負載系數(shù)。

（2）認為負載時的鐵耗等于額定電壓下的空載損耗P0，即認為從空載到負載磁通基本不便。即

Pfe = P0 = 常數(shù)

（3）認為額定負載時的銅耗等于額定電壓下的短路損耗P0 ，即：

Pcu = = β2 Pk

于是效率的公式可以寫成

η=（1-）×100%-③

上式說明，在一定性質(zhì)的負載情況下（cosφ為一定值），效率隨負荷系數(shù)β而變化。取不同的負荷系數(shù)β帶入，可得η= f（β）曲線，稱為效率特性，如圖一所示。

當(dāng)變壓器空載時輸出功率為零，所以，η= 0。負載小時，空載損耗P0 占輸入功率的百分數(shù)較大，所以效率很低。負載增加時，由于P0 基本不變，所以P2 增加，η上升，超過某一負載時，短路損耗Pk與β2成正比增大，效率反而下降。這樣，效率有一最大值ηmax 。為求最大效率，將式③ 對β去一階導(dǎo)數(shù)，并使之為零，即： = 0

既可求得產(chǎn)生最大效率的條件為：

P0 =β2 PK

或 β= ------ ④

上式說明當(dāng)不變損耗等于可變損耗時，變壓器的效率達到最大值。

五、變壓器最佳負荷率及經(jīng)濟運行節(jié)能計算

從以上分析可以看出，降低變壓器損耗的技術(shù)措施主要有兩點：

（1）提高功率因數(shù)cosφ。

（2）停用輕載變壓器，提高變壓器負荷率。

經(jīng)過電容補償后，功率因數(shù)cosφ為一固定值。所以，只能通過經(jīng)濟運行提高變壓器負荷率來降低變壓器損耗?，F(xiàn)結(jié)合遼陽石化公司芳烴廠實際，計算變壓器最佳負荷率及經(jīng)濟運行節(jié)能效果

遼陽石化公司芳烴廠PTA裝置由于市場原因，基本處于停產(chǎn)狀態(tài)。裝置配電變壓器B1、B2 、B3、B4負荷很?。ㄗ儔浩黝~定容量的10%左右）。B1、B2互為備用，其中任一臺可帶全負荷；B3、B4互為備用，其中任一臺可帶全負荷。由于這四臺變壓器所帶負荷基本為不重要的三類負荷，所以完全可以停用兩臺，用剩下的兩臺帶全部負荷可以滿足供電要求。

既使變壓器效率最高的負荷率為43.8%，現(xiàn)變壓器負荷率為10%，所以，應(yīng)提高變壓器負荷率，變壓器的效率將上升。

（二）經(jīng)濟運行后的節(jié)電量計算

變壓器負荷基本在變壓器額定容量的10% 左右。所以，β= 0.1

考慮無功損耗，由式 ①得

四臺變壓器總損耗：325732KWH/年

停用兩臺變壓器，用另兩臺變壓器帶全部負荷后

這時，β= 0.2

經(jīng)濟運行后，每年節(jié)省電量：

325732KWH –86584KWH×2 = 1526564KWH/年

此例可見，經(jīng)濟運行后，停用兩臺變壓器后，取得的經(jīng)濟效益還是相當(dāng)可觀的。

六、結(jié)論

根據(jù)變壓器的特點，考慮負荷變化的影響，實現(xiàn)經(jīng)濟運行，對提高變壓器的效率和減少損耗有重要意義。