平衡并列運(yùn)行變壓器負(fù)荷的節(jié)能效果的探討

李玉鎮(zhèn) 薄利為

摘 要：該文通過(guò)具體計(jì)算探討兩臺(tái)并列變壓器所帶負(fù)荷大小對(duì)總功率損耗的影響，指出通過(guò)電氣運(yùn)行人員的運(yùn)行調(diào)整，使兩臺(tái)并列變壓器的負(fù)荷率盡量相近，以達(dá)到兩臺(tái)變壓器的總功率損耗最少的目的，更深入地挖掘變壓器的節(jié)能潛力。

關(guān)鍵詞：變壓器 并列運(yùn)行 平衡 節(jié)能

中圖分類號(hào)：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（c）-0092-02

變壓器有功電量損耗分為不變部分損耗和可變部分損耗，而可變損耗與負(fù)荷的大小成正比，所供負(fù)荷越大，損耗也越大，但兩臺(tái)并列變壓器的最佳電能損耗并不能通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：其中一臺(tái)變壓器盡量多帶負(fù)載，提高其負(fù)荷率和效率，而另一臺(tái)變壓器少帶負(fù)載，甚至空載。因而變壓器的最佳功率損耗通過(guò)減少變壓器運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)達(dá)到并不現(xiàn)實(shí)，而是要充分考慮變壓器參數(shù)及其所供負(fù)荷的大小。對(duì)于兩臺(tái)額定參數(shù)相同的變壓器，通過(guò)平衡兩臺(tái)變壓器所帶負(fù)荷，使其負(fù)荷電流接近相同的情況下運(yùn)行，能比一臺(tái)變壓器熱備用，一臺(tái)變壓器帶全部負(fù)荷或一臺(tái)變壓器負(fù)載大，一臺(tái)變壓器負(fù)載過(guò)輕的運(yùn)行方式更能達(dá)到節(jié)電的效果。

我廠兩臺(tái)鍋爐工作變7A、7B在機(jī)組正常運(yùn)行的情況下，低壓側(cè)負(fù)載多，不僅帶本段的各項(xiàng)負(fù)荷，也為鍋爐保安段和鍋爐各段MCC負(fù)荷提供電能，由于電廠大部分負(fù)荷都實(shí)行的雙重配置，比如風(fēng)機(jī)、油泵等都是雙臺(tái)配置的，它們互為備用，在一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)能及時(shí)聯(lián)起保證機(jī)組正常運(yùn)行，而為了保證安全，各雙重配置的負(fù)載都分別接到不同的母線上。因而機(jī)組正常運(yùn)行下，每臺(tái)變壓器所帶負(fù)荷多少?zèng)Q定于運(yùn)行人員對(duì)各需運(yùn)行負(fù)荷的分配，運(yùn)行人員在操作中對(duì)接于鍋爐工作變7A上的負(fù)載使用過(guò)多，而鍋爐工作變7B上的負(fù)載少運(yùn)行，這就將使得鍋爐工作變7A的負(fù)載過(guò)重，負(fù)荷率高，鍋爐工作變7B上的負(fù)載過(guò)輕，負(fù)荷率低。這樣就使得兩臺(tái)變壓器平均效率不高，有功損耗大。下面將通過(guò)分析變壓器并列運(yùn)行時(shí)的有功損耗大小來(lái)確定變壓器的最佳負(fù)荷率，從而達(dá)到最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

1 變壓器最佳負(fù)載系數(shù)

我廠#7機(jī)組7A、7B鍋爐工作變同屬明珠電氣有限公司生產(chǎn)的干式變壓器，其各項(xiàng)電氣參數(shù)一致，其額定參數(shù)如表1。

變壓器的二次側(cè)負(fù)載電流與二次側(cè)的額定電流的比值稱為變壓器的負(fù)載系數(shù)，用表示，由于廠用變壓器在不同的負(fù)荷下功率因素近似不變，變壓器運(yùn)行的有功功率損耗為：

，無(wú)功功率損耗為，式中：是變壓器的空載損耗，是變壓器的短路損耗，為空載電流，阻抗電壓。則變壓器的功率損耗率：，式中：是變壓器的額定容量。由此可知變壓器的工作效率為：，顯然當(dāng)變壓器工作效率最大時(shí)的負(fù)荷系數(shù)則為最佳負(fù)荷系數(shù)[1]，對(duì)變壓器工作效率公式進(jìn)行微分并使之等于0，有：，求其極值條件有：

，即變壓器的最大效率發(fā)生在負(fù)載系數(shù)，故我廠兩臺(tái)鍋爐工作變7A、7B的最大工作效率均發(fā)生在最佳負(fù)載系數(shù)時(shí)，也即負(fù)載電流為764.9A時(shí)變壓器效率最大，此時(shí)變壓器損耗最小，節(jié)能效果最佳。

2 并列變壓器的損耗

變壓器的損耗的可變部分是隨著負(fù)載電流的增大而增大的，與變壓器的負(fù)載系數(shù)的二次方成正比，變壓器的損耗可表示為：；實(shí)際運(yùn)行中，可認(rèn)為在某一機(jī)組負(fù)荷條件下，我廠#7機(jī)組7A、7B鍋爐工作變所帶的總負(fù)載不變，負(fù)載系數(shù)為，

假設(shè)此時(shí)7A鍋爐工作變所帶的負(fù)載的負(fù)載系數(shù)為，則在總的負(fù)載不變的情況下，7B鍋爐工作變所帶的負(fù)載的負(fù)載系數(shù)為，此時(shí)并列的兩臺(tái)變壓器的總損耗可表示為：

本廠兩臺(tái)鍋爐工作變參數(shù)相等，空載損耗和短路損耗相同，故總的功率損耗也可表示為：

由數(shù)學(xué)的求極值公式可以得出，要使兩臺(tái)并列的變壓器總損耗最小，則使，

即；由此可知，在任意的機(jī)組負(fù)荷的條件下，要使并列運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器的總損耗最小，必須使得每臺(tái)變壓器的實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷相等。

3 平衡變壓器負(fù)荷的節(jié)能計(jì)算

我廠7A、7B鍋爐工作變分別帶7A、7B段母線運(yùn)行，兩段母線間通過(guò)母線聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)互為備用。由于機(jī)組啟動(dòng)時(shí)未能充分估算鍋爐工作變所需啟動(dòng)負(fù)荷的多少，使得7A、7B鍋爐工作變所帶負(fù)荷未能得到平衡，偏差較大，同時(shí)由于運(yùn)行過(guò)程中也沒(méi)有充分貫徹變壓器節(jié)能意識(shí)，在平時(shí)的轉(zhuǎn)換負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也未能糾正兩臺(tái)鍋爐工作變的負(fù)荷偏差，現(xiàn)階段在機(jī)組平均負(fù)荷為600MW時(shí)，我廠7A鍋爐工作變高壓側(cè)電流約為53A，根據(jù)變比換算到低壓側(cè)電流為835A，負(fù)載系數(shù)為0.463；7B鍋爐工作變高壓側(cè)電流約為20A，通過(guò)變比換算到低壓側(cè)電流為315A，負(fù)載系數(shù)為0.175.?？梢钥闯?A鍋爐工作變的負(fù)載系數(shù)大于最佳負(fù)載系數(shù)，而7B鍋爐工作變的負(fù)載系數(shù)小于最佳負(fù)載系數(shù)，7B鍋爐工作變的負(fù)載系數(shù)距離最佳負(fù)載系數(shù)較多。

此時(shí)7A鍋爐工作變的有功功率損耗為：

7B鍋爐工作變的有功功率損耗為：

兩臺(tái)鍋爐工作變的總的有功損耗為：6.47kW。

此時(shí)可以通過(guò)運(yùn)行調(diào)整使得變壓器達(dá)到節(jié)能的效果，可有兩種方式，一種是盡量平均分配兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷，使負(fù)荷電流盡量相等；另外一種方式是滿足其中一臺(tái)變壓器在最佳負(fù)載系數(shù)下運(yùn)行，另一臺(tái)變壓器帶剩余負(fù)荷。

第一種方式下平均兩臺(tái)變壓器負(fù)荷法，此時(shí)7A、7B鍋爐工作變低壓側(cè)電流都為575A，負(fù)載系數(shù)都為0.319.。在這種運(yùn)行方式下，7A鍋爐工作變的有功損耗為：

7B鍋爐工作變的有功功率損耗為：

兩臺(tái)鍋爐工作變的總損耗有功功率為：6.03kW。

第二種方式下滿足一臺(tái)變壓器達(dá)到最佳負(fù)荷系數(shù)，另一臺(tái)帶剩余負(fù)荷，此時(shí)7A鍋爐工作變低壓側(cè)電流為765A，負(fù)載系數(shù)為0.424；7B鍋爐工作變低壓側(cè)電流為385A，負(fù)載系數(shù)為0.213。在這種運(yùn)行方式下，7A鍋爐工作變的功率損耗為：

7B鍋爐工作變的功率損耗為：

兩臺(tái)鍋爐工作變的總損耗功率為：6.26kW

對(duì)比三種不同方式下兩臺(tái)鍋爐工作變的總損耗可以看出在平均兩臺(tái)變壓器負(fù)荷法下，總功率損耗最少為6.03kW，同時(shí)可以看出，并列變壓器所帶負(fù)荷偏差越大，所產(chǎn)生的有功功率損耗也越大。所以可以通過(guò)調(diào)整7A、7B段母線上負(fù)荷的運(yùn)行情況，調(diào)整到7A、7B鍋爐工作變低壓側(cè)電流基本平衡，達(dá)到功率損耗的最小化，可以比現(xiàn)階段7A、7B鍋爐工作變運(yùn)行方式下功率損耗降低0.44kW，僅此一項(xiàng)運(yùn)行操作調(diào)整，每年能減少7A、7B鍋爐工作變的電能損耗為3854.4kW，由于本廠還有其他雙重配置的變壓器，如7A7B汽機(jī)工作變、7A7B電除塵工作變、7A7B煤場(chǎng)工作變、7A7B脫硫工作變等，如果都能在運(yùn)行操作中合理安排每段母線上的啟動(dòng)運(yùn)行的負(fù)載，使得變壓器負(fù)載接近于平衡，每年將能節(jié)省大量的電能，達(dá)成節(jié)能減排的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

由上分析可以看出只通過(guò)調(diào)整變壓器所帶負(fù)荷以達(dá)到負(fù)荷的平衡，從而使得兩臺(tái)并列變壓器運(yùn)行的功率損耗降至最低。雖然通過(guò)此種方法所達(dá)到的降低損耗的數(shù)值不是很大，但此種調(diào)整方法勝在不需額外投資，不影響安全運(yùn)行，也不需要進(jìn)行任何邏輯的修改等，容易實(shí)施，只需要運(yùn)行人員在調(diào)整操作中對(duì)啟動(dòng)運(yùn)行負(fù)荷的合理安排即可實(shí)現(xiàn)，可以在需要啟動(dòng)的兩臺(tái)功率相差不大的電機(jī)時(shí)，一臺(tái)電機(jī)接7A鍋爐工作變運(yùn)行，另一臺(tái)接7B鍋爐工作變；對(duì)于其他所需啟動(dòng)的負(fù)荷也按照同樣的策略安排接于兩臺(tái)變壓器母線上，即可使得兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷基本相等，負(fù)荷率平衡，使得變壓器的損耗大大減少。并且從大的范圍看，全國(guó)所有的電廠和電網(wǎng)擁有非常多的兩臺(tái)甚至三臺(tái)或更多變壓器并列運(yùn)行的情況，如果在運(yùn)行中調(diào)整負(fù)荷的運(yùn)行情況，使所帶的負(fù)荷均衡，將產(chǎn)生巨大的節(jié)能效應(yīng)，能有效的促進(jìn)節(jié)能減排，節(jié)約大量能源，產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 施力平.變壓器的最佳負(fù)載系數(shù)與節(jié)能[J].甘肅科技，2009（13）：73-74，153.

[2] 胡景生.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].北京：中國(guó)電力出版社，1999.

[3] 栗鵬輝，劉一濤.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的確定與應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理，2010，12（4）：23-26.

[4] 韓富春，吳變桃.負(fù)荷調(diào)整與變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究[J].電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2004，16（6）：28-30.

[5] 常炳雙，辛健.配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式的探討[J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31（增刊1）：247-248.