變壓器經(jīng)濟運行方式優(yōu)選分析

孫海瓊

（山西西山熱電有限責(zé)任公司，山西太原 030053）

0 前言

在社會與經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，能源的消耗數(shù)量同樣也不斷增加，而能源屬于生產(chǎn)與生活中的必備物質(zhì)，同時也是社會與經(jīng)濟發(fā)展的重要動力，任何行業(yè)要想取得發(fā)展都離不開能源的支持[1]。電能屬于一種二次能源，其具有輸送快速、使用便捷的優(yōu)點，在我國各行各業(yè)之中有廣泛應(yīng)用。不過，電能在輸送以及使用時，損耗問題同樣也是出現(xiàn)在每一個環(huán)節(jié)之中，電能的損耗數(shù)量非常大。據(jù)統(tǒng)計，我國電力系統(tǒng)之中，總發(fā)電量的7%左右會在供電以及用電的各個環(huán)節(jié)之中損耗掉，無法被有效的利用[2]。近年來，隨著人們節(jié)能意識的不斷加強，電能出現(xiàn)損耗的數(shù)量有所降低。不過，因為我國電力資源的需求數(shù)量非常大，電能總的損耗量依舊較大，這對我國社會與經(jīng)濟健康、穩(wěn)定發(fā)展造成了影響[3]。

在電力系統(tǒng)之中，變壓器屬于關(guān)鍵的電氣裝置，變壓器運行的方式是否經(jīng)濟，對電能損耗情況造成極大影響。電能從產(chǎn)生到輸送再到應(yīng)用，過程中要經(jīng)歷3-5次的變壓流程。而在變壓以及功率傳遞環(huán)節(jié)，變壓器裝置不僅會出現(xiàn)一定的有功功率損耗，同時也會出現(xiàn)一定的無功功率損耗。根據(jù)我國能源機構(gòu)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)來看，我國每年變壓器運行過程中所產(chǎn)生的損耗高達(dá)到2500億kWh左右，其損耗的電能要較小型電力系統(tǒng)發(fā)電總量還要多。所以，采取一定的方法進(jìn)一步優(yōu)化變壓器運行方式，確保變壓器損耗進(jìn)一步降低，是供配電過程中亟待解決的關(guān)鍵問題[4]。

1 基于臨界區(qū)間的變壓器經(jīng)濟運行方法

一些變電所擁有1臺變壓器，而大部分變電所均擁有多臺變壓器，對于擁有多臺變壓器的變電所來說，在變壓器運行過程中便能夠采用不同的運行方式。例如，若是變電所中擁有2臺變壓器，則變壓器的運行方式可以劃分成3種：1號變壓器運行，2號變壓器作為備用；2號變壓器運行，1號變壓器作為備用；1號變壓器和2號變壓器并列運行。不管是對于1臺變壓器而言，或是對于2臺參數(shù)一致的變壓器來說，亦或是對于2臺參數(shù)不相同的變壓器而言，在采取臨界點方法調(diào)節(jié)變壓器運行方式時，變壓器最佳運行負(fù)荷以及投切變壓器轉(zhuǎn)變其運行方式的臨界值均為某一點。但是變壓器的負(fù)荷不斷發(fā)生改變，要是僅僅依靠臨界點值對不斷發(fā)生變化的負(fù)荷加以調(diào)節(jié)，這在操作上存在極大困難，難以取得很好的調(diào)節(jié)效果[5]。所以，在此對此種調(diào)節(jié)方法加以優(yōu)化，采用很多連續(xù)的點值，來取代臨界點劃分過程中某一點值，將這些連續(xù)的點值組成相應(yīng)區(qū)間，這樣對變壓器運行調(diào)節(jié)便能取得很好的效果。

經(jīng)濟運行區(qū)是在全面分析變壓器運行效率之后而提出的一個理念，在不同的區(qū)域中均對應(yīng)特定的經(jīng)濟運行方式。而若是處于臨界區(qū)間中，此時變壓器便會維持上一種運行方式，在整個臨界區(qū)內(nèi)其運行方式不再發(fā)生改變，所以這一區(qū)域也別稱作是待操作區(qū)域。

2 不同變壓器組合及經(jīng)濟運行區(qū)

2.1 單臺變壓器運行效率和經(jīng)濟運行區(qū)

對于單臺變壓器而言，其效率計算公式如下：

式中：U是變壓器的負(fù)載電壓值，kV；

I、IN分別是變壓器的負(fù)載電流以及額定電流，A；

cos?是變壓器功率因數(shù)；

ΔP0是變壓器處于空載情況下的損耗值，kW；

ΔPK是變壓器出現(xiàn)短路問題的損耗值，kW。

在變壓器裝置運行過程中，存在3個不同的區(qū)間，分別為高效經(jīng)濟運行區(qū)、低載高耗區(qū)以及過載不安全區(qū)。只有對不同的區(qū)域劃分加以量化，才能更好地控制變壓器運行，并且及時調(diào)整變壓器確保其處于高效經(jīng)濟運行區(qū)。若是變壓器在運行過程中負(fù)載超過了額定的負(fù)載情況，則此時從安全方面考慮是不允許的[6]。所以，高效經(jīng)濟區(qū)的上限便為額定負(fù)載。還能夠得出，若是變壓器在額定負(fù)載范圍內(nèi)的某一負(fù)載情況下，變壓器的運行效率和額定負(fù)載之下運行效率正好一致，則負(fù)載便是高效經(jīng)濟區(qū)的最小負(fù)載。根據(jù)這一理論便可以得出如下計算公式：

對上式進(jìn)行求解可得高效經(jīng)濟運行區(qū)的下限負(fù)載電流值，即IX=(ΔP0/ΔPK)IN。

所以，便能夠計算得出高效經(jīng)濟運行的下限負(fù)載值應(yīng)當(dāng)為SX=SN(ΔP0/ΔPK)。

2.2 兩臺參數(shù)一致的變壓器經(jīng)濟運行區(qū)

若兩臺變壓器參數(shù)一致的情況下，在進(jìn)行高效經(jīng)濟區(qū)計算過程中，還是應(yīng)當(dāng)按照效率加以計算，也就是當(dāng)兩臺變壓器裝置同時運行過程中，和兩臺變壓器之中某一臺變壓器額定負(fù)載狀況下效率一致時，計算所得總負(fù)荷電流值，便能夠認(rèn)定為高效經(jīng)濟運行區(qū)的上限以及下限電流數(shù)值。

按照上述分析，可以得到下列計算公式：

對上式進(jìn)行求解能夠得出：

IX1=2IN，IX2=2IN(ΔP0/ΔPK)。

這樣便得出了上限電流值為IX1=2IN，下限電流值為IX2=2IN(ΔP0/ΔPK)。

通過上述結(jié)果能夠看出，若是兩臺參數(shù)一致的變壓器并列運行過程中，其所對應(yīng)的高效經(jīng)濟運行區(qū)上限與下限值，是一臺變壓器裝置單獨運行情況下所對應(yīng)上限與下限值的2倍。這從物理意義方面來說也是符合實際情況的[7]。

由高效經(jīng)濟運行區(qū)上限、下限電流值進(jìn)一步計算出高效經(jīng)濟運行區(qū)的上限、下限負(fù)載值，分別為：SS=2SN；SX=2SN(ΔP0/ΔPK)。

一臺變壓器運行和兩臺參數(shù)一致的變壓器運行狀況下所得上限和下限負(fù)載數(shù)值如表1所示。

表1 一臺與兩臺參數(shù)一致的變壓器高效經(jīng)濟區(qū)上限、下限負(fù)載值

若是SN＞2 SN(ΔP0/ΔPK)，則上述所述兩個高效經(jīng)濟運行區(qū)便會存在一定的重合，如圖1所示，重合部分便為臨界區(qū)間，這一區(qū)間還被稱作是待操作區(qū)間。在待操作區(qū)間之中，變壓器可以采用哪一種運行方式均可以，不過，為了確保變壓器運行過程中的安全性，通常要求變壓器維持上一種方式。根據(jù)這一理論便能夠?qū)ψ儔浩鞯牟煌\行區(qū)間加以劃分，具體情況如表2所示。

表2 兩臺參數(shù)一致的變壓器高效經(jīng)濟運行區(qū)

2.3 兩臺參數(shù)不一致的變壓器經(jīng)濟運行區(qū)

對于兩臺變壓器參數(shù)不一致時，要想確保變壓器運行的經(jīng)濟性，其投切方式將會變得更加復(fù)雜。對于兩臺不同參數(shù)的變壓器而言，具體運行過程中便會存在3種不同方式，分別為A變壓器運行、B變壓器運行以及A和B變壓器并列運行。采取何種方式可以確保投切時間以投切次數(shù)能夠被有效控制，同時確保該種方式之下對應(yīng)的損耗為最小值，應(yīng)當(dāng)計算變壓器的具體損耗情況進(jìn)行分析[8]。

首先，按照前述步驟分別計算得出A變壓器、B變壓器以及A和B變壓器同時運行情況下所對應(yīng)的上限和下限負(fù)載情況，具體計算結(jié)果如表3所示。

表3 不同情況下變壓器高效經(jīng)濟運行區(qū)

假設(shè)SAN＜SBN，則可以得出兩臺參數(shù)不一致的變壓器高效經(jīng)濟運行區(qū)，如圖2所示。

圖2 參數(shù)不一致的變壓器高效經(jīng)濟運行區(qū)示意圖

對變壓器的不同運行區(qū)間加以劃分，具體情況如表4所示。

表4 兩臺參數(shù)不一致的變壓器高效經(jīng)濟運行區(qū)

3 結(jié)語

依照高效經(jīng)濟運行區(qū)劃分可以確保變壓器能夠保持經(jīng)濟的運行狀態(tài)，其是通過高效運行區(qū)間，替換了之前最佳經(jīng)濟運行負(fù)載值，如此便可以確保變壓器在負(fù)載不斷波動的情況下，能夠避免變壓器出現(xiàn)過多操作，而且此種方法在實際應(yīng)用中所擁有的適應(yīng)性也要高很多。