變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理與分析

陳小瑞

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西太原 030022）

0 前言

現(xiàn)階段，為了能夠進(jìn)一步改善變壓器設(shè)備運(yùn)行情況，從而確保變壓器的損耗可以得以降低，很多學(xué)者對(duì)于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行開展了研究。在電力行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，變電所的變壓器數(shù)量也有所增加，而且變壓器的容量同樣也隨之加大，也導(dǎo)致了變電所之中不同變壓器的容量不一致，而且相關(guān)技術(shù)參數(shù)同樣有一定差異[1]。所以，在變壓器具體運(yùn)行時(shí)便會(huì)面臨選擇哪一臺(tái)變壓器作為備用變壓器。這對(duì)這一情況，怎樣確保變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，確保變壓器運(yùn)行時(shí)的損耗值最小，這是確保變壓器裝置得以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障?，F(xiàn)階段，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作中依舊存在不少的問題，其中最為突出的問題為：

（1）工作人員對(duì)于變壓器的利用率認(rèn)識(shí)有誤區(qū)，很多工作人員都認(rèn)為只要是確保變壓器擁有較高利用率，則便能保證變壓器的損耗降低，便能夠使得變壓器運(yùn)行中更加經(jīng)濟(jì)，基本上都是以利用率對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷。

（2）未能采用科學(xué)計(jì)算的方法開展變壓器管理工作，比如，若是其中一臺(tái)變壓器可以承擔(dān)所有負(fù)載，則通常情況下便將另外一臺(tái)變壓器停運(yùn)。要是其中一臺(tái)較小容量的變壓器能夠滿足負(fù)載要求，則便不會(huì)使用相對(duì)大容量的變壓器[2]。

因此，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原理加以分析，通過科學(xué)的計(jì)算去取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)方法，以確保變壓器能夠更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理

1.1 變壓器運(yùn)行原理

變壓器裝置的工作原理：變壓器的原繞組在有交流電通過情況下，在鐵芯之中形成相應(yīng)的交變磁通，依照電磁感應(yīng)相關(guān)原理，原繞組以及副繞組均會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，此時(shí)在副繞組之中所出現(xiàn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)其功能和負(fù)載電源功能一樣。如此，利用變壓器裝置就能夠把電能由原繞組而傳遞至負(fù)載電路之中。電能傳遞的具體流程是：交流電流i1通過原繞組時(shí)，會(huì)激發(fā)繞組中的鐵芯形成相應(yīng)的交變磁通[3]。因?yàn)樵@組和副繞組均套于相同鐵芯部件之上，那么在鐵芯之中所形成的交變磁通會(huì)交聯(lián)原繞組和副繞組，會(huì)在原繞組和副繞組之中形成具有同一頻率值的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2，此時(shí)，副繞組之中形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2充當(dāng)了負(fù)載電路中的電源，并且會(huì)在回路之中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流i2，為負(fù)載運(yùn)行提供電能。若是原繞組或者副繞組變化，則副繞組產(chǎn)生的電壓也將以一定比例發(fā)生變化，變壓器能夠改變電流或是電壓大小，但是卻無法改變頻率大小[4]。

1.2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題提出

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指采用一定方法選用最佳的運(yùn)行模式，有效調(diào)節(jié)不同電壓器運(yùn)行負(fù)載，確保輸電量保持不變，讓變壓器的能耗可以將至最小。在輸配電系統(tǒng)之中，涉及各種型號(hào)以及各種容量的變壓器裝置，及時(shí)在同一個(gè)變電所之中，變壓器一般也有多臺(tái)，而且還會(huì)有備用變壓器，而對(duì)于相同的負(fù)載而言，變壓器有了不同運(yùn)行模式，在這些運(yùn)行模式之中，其所對(duì)應(yīng)的能耗也有所差異，也必定存在某種運(yùn)行模式下變壓器能耗最低[5]。這種情況下則會(huì)出現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，也就是要求在變壓器運(yùn)行的過程中，要選用最佳的運(yùn)行方式。

2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理分析

變壓器運(yùn)行方式將直接影響到變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，變壓器最優(yōu)的運(yùn)行方式是確保變壓器損耗盡可能低。在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式確定過程中，又可以采用動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析方法以及靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析方法[6]。靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析是在變壓器具體運(yùn)行過程中，依照設(shè)定的負(fù)載情況，而選擇損耗最小運(yùn)行方式，若是負(fù)載發(fā)生波動(dòng)，此時(shí)變壓器的運(yùn)行方式依舊維持不變。動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析是依照變壓器負(fù)載不斷波動(dòng)情況，而及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式，確保損耗得以最大限度的降低。關(guān)于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原理非常多，以臨界點(diǎn)劃分方法為例進(jìn)行分析。

2.1 臨界點(diǎn)劃分方法原理

在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析之中，臨界點(diǎn)劃分方法屬于較為基礎(chǔ)的分析方法，同時(shí)也是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行劃分時(shí)常用的分析方法，其原理是對(duì)各個(gè)變壓器損耗曲線交點(diǎn)進(jìn)行求解，從而得到負(fù)載臨界點(diǎn)，再依照不同的臨界點(diǎn)而劃分各個(gè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，不同經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)之中所設(shè)定的運(yùn)行方式也有所差異，從而保證變壓器的損耗能夠?qū)⒅磷畹蚚7]。

例如，兩臺(tái)參數(shù)不一致的A變壓器以及B變壓器，分別計(jì)算得到SA-B、SA-AB、SB-AB，其分別代表不同變壓器運(yùn)行狀態(tài)下功率損失曲線的交點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 變壓器參數(shù)不一致時(shí)臨界點(diǎn)劃分

基于此將變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式劃分為3種不同類型：

（1）若是S＜SA-B的情況下，則投入運(yùn)行A變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式；

（2）若是SA-B＜S＜SB-AB的情況下，則投入運(yùn)行B變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式；

（3）若是S＞SB-AB的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運(yùn)行是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

從圖1所示對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間能夠得出，臨界點(diǎn)劃分方法的分析思路非常清晰，而且也便于工作人員理解，僅需要計(jì)算得到臨界負(fù)載值，即可以輕松找到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間。此種方法不僅能夠應(yīng)用在靜態(tài)分析過程中，同時(shí)還能夠應(yīng)用到動(dòng)態(tài)分析過程中。

2.2 基于臨界點(diǎn)劃分方法的靜態(tài)分析

某變電所擁有兩臺(tái)參數(shù)不一致的變壓器，變壓器所對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示。

則能夠得出其所對(duì)應(yīng)的功率損耗曲線，如圖2所示。

表1 某變電所中兩臺(tái)變壓器對(duì)應(yīng)參數(shù)

這種情況下，針對(duì)負(fù)載的不同能夠準(zhǔn)確確定變壓器對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式：

圖2 變壓器臨界點(diǎn)

（1）若是S＜11.7MVA的情況下，則投入運(yùn)行A變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式；

（2）若是11.7MVA＜S＜28.6MVA的情況下，則投入運(yùn)行B變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式；

（3）若是S＞28.6MVA的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運(yùn)行是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

現(xiàn)在假定在一天中負(fù)載的變化情況一共有以下3種：負(fù)載值分別是8.5 MVA、15.6 MVA、35 MVA，則依照相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，便可以計(jì)算得到相應(yīng)的損耗值，具體結(jié)果如表2所示。

表2 負(fù)載變化是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式和對(duì)應(yīng)損耗

依據(jù)靜態(tài)分析方法，在變壓器的運(yùn)行階段其運(yùn)行方式不會(huì)出現(xiàn)改變，僅僅采用同一種方式運(yùn)行，所以其損耗值在設(shè)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式之下不會(huì)發(fā)生改變，也就是說變壓器無法確保任何時(shí)間段內(nèi)均處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)之下，有時(shí)還會(huì)發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行或者是低負(fù)荷運(yùn)行的問題。針對(duì)該變電站的變壓器運(yùn)行包含有3種不同模式，而有A變壓器在處于第三段負(fù)荷情況下將會(huì)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，所以只能夠采用后兩種運(yùn)行模式。計(jì)算得出這兩種模式下所對(duì)應(yīng)的能耗值，結(jié)果如表3所示。

表3 變壓器各個(gè)運(yùn)行模式下對(duì)應(yīng)能耗值

最優(yōu)運(yùn)行模式即是變壓器在不同時(shí)間之中采取與之相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式運(yùn)行，這種情況下的能耗值僅僅為1149kWh。所以能夠得出，通過靜態(tài)方式對(duì)變壓器進(jìn)行控制，僅僅可以保證變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)，當(dāng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間之外，則將導(dǎo)致?lián)p耗有所增加，無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。所以，對(duì)于一些負(fù)載存在較大波動(dòng)的變壓器來說，采用靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式依舊無法真正的解決經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題。

2.3 基于臨界點(diǎn)劃分方法的動(dòng)態(tài)分析

在變壓器的具體運(yùn)行過程中，負(fù)載情況一般都是不斷發(fā)生改變的。要想確保變壓器能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)對(duì)負(fù)載值進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)將其和臨界值加以比較，依照實(shí)際負(fù)載具體大小，實(shí)時(shí)調(diào)整變壓器運(yùn)行情況，及時(shí)進(jìn)行投切操作，從而確保變壓器一直處在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)則需要應(yīng)用到動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析[8]。

例如，對(duì)于上述所提到的A變壓器與B變壓器而言，若是該變電所之中全天的負(fù)載波動(dòng)劃分成為5個(gè)不同的時(shí)間區(qū)段，變壓器相應(yīng)的運(yùn)行方式如表4所示。

在不同的時(shí)間區(qū)段之中，變壓器的負(fù)載情況也不一樣，則此時(shí)變壓器具體運(yùn)行模式也要改變，這樣才能確保變壓器一直處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，具體的切投操作為：

（1）T1～T2時(shí)間區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運(yùn)而A變壓器運(yùn)行；

（2）T2～T3區(qū)段變壓器切投為B變壓器投入運(yùn)行；

（3）T3～T4區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運(yùn)；

（4）T4～T5時(shí)間區(qū)段變壓器切投為A變壓器停運(yùn)而B變壓器投入運(yùn)行。

表4 各個(gè)負(fù)載區(qū)段變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式

4 結(jié)語

通過上述分析可知，只要變電所的負(fù)載值在變壓器容量范圍之中，不管是負(fù)載如何改變，僅僅對(duì)負(fù)載具體數(shù)值和臨界負(fù)載值加以比較，即能夠決定具體的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)那型恫僮?，確保變壓器組能夠一直處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，這樣會(huì)保證變壓器運(yùn)行過程中的能耗顯著降低，而且能夠?qū)o態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下?lián)p耗較大這一缺點(diǎn)加以糾正，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。