Equation Chapter 1 Section 1 水電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析

王 矛

（陜西省漢中市石門(mén)水庫(kù)管理局，陜西 漢中 723000）

0 引言

降耗、節(jié)能作為發(fā)電企業(yè)降低成本的有效措施，在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著重要作用。變壓器在運(yùn)行過(guò)程中其自身電能損耗約占整個(gè)電力系統(tǒng)損耗的30%，因此，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)發(fā)電廠(chǎng)節(jié)能降耗具有重要的意義。

由于變壓器的容量、電壓等級(jí)、鐵芯、繞組結(jié)構(gòu)及制造工藝等不同，不同變壓器之間的技術(shù)特性和參數(shù)存在著差異，在相同的發(fā)電負(fù)荷條件下，不同的運(yùn)行方式產(chǎn)生的電能損耗也不同。在多種運(yùn)行方式下選擇損耗小的運(yùn)行方式即變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式對(duì)于節(jié)省發(fā)電廠(chǎng)生產(chǎn)成本具有潛在價(jià)值。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在確保其安全運(yùn)行及保證供電量的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，通過(guò)其運(yùn)行方式的合理選取、負(fù)荷曲線(xiàn)的優(yōu)化調(diào)整、運(yùn)行位置的優(yōu)化組合以及運(yùn)行條件的改善等措施，最大限度地降低變壓器的電能損耗和提高其電源側(cè)功率因數(shù)。

本文對(duì)水電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行探討，根據(jù)水電站監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到的變壓器相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析方法，探尋安全、經(jīng)濟(jì)的變壓器運(yùn)行方案，對(duì)于水電站穩(wěn)定運(yùn)行和長(zhǎng)足發(fā)展具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

1 變壓器運(yùn)行存在的問(wèn)題

目前，水電站以機(jī)組安全運(yùn)行為主，對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考慮較少，變壓器備用容量大，不同程度的非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

（1）一臺(tái)變壓器能承擔(dān)的負(fù)載，就不用兩臺(tái)承擔(dān)；

（2）小容量變壓器能承擔(dān)的負(fù)載，就不用大容量的變壓器承擔(dān)。

（3）變壓器負(fù)荷率很小，即“大馬拉小車(chē)”方式運(yùn)行；

（4）變壓器是高效能的設(shè)備，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無(wú)潛力可挖，

（5）變壓器利用率越高，變壓器損耗的電能越小。

上述單一以變壓器容量利用率判斷其運(yùn)行狀態(tài)優(yōu)劣并不合理，它們只是單一的強(qiáng)調(diào)空載損耗，而忽略負(fù)載損耗這一重要因素，因此出現(xiàn)隱性浪費(fèi)電能的現(xiàn)象。

2 變壓器功率損耗計(jì)算

變壓器功率損耗包括有功損耗和無(wú)功損耗，主要由兩部分組成，即空載損耗和負(fù)載損耗?？蛰d損耗是與負(fù)載大小無(wú)關(guān)的固定損耗，負(fù)載損耗是與負(fù)載平方成正比的可變損耗。根據(jù)變壓器參數(shù)和運(yùn)行工況可確定變壓器功率損耗。

（1）單臺(tái)雙繞組變壓器運(yùn)行

其有功損耗：

式中：P0為變壓器空載損耗；Pk為變壓器額定負(fù)載功率損耗；SN為變壓器額定容量；S 為變壓器負(fù)載視在功率。

其無(wú)功損耗：

式中：Q0為變壓器空載勵(lì)磁功率；I0%為空載電流百分?jǐn)?shù)，Qk為額定負(fù)載漏磁功率；Uk%為短路阻抗百分?jǐn)?shù)。

（2）多臺(tái)雙繞組變壓器并列運(yùn)行

對(duì)于n 臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其有功損耗和無(wú)功損耗如下：

3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析

在相同負(fù)載的條件下，變壓器并列運(yùn)行方式的有功損耗和無(wú)功消耗不僅與其運(yùn)行臺(tái)數(shù)有關(guān)，同時(shí)也與組合運(yùn)行方式中變壓器的容量和技術(shù)參數(shù)相關(guān)。因此對(duì)水電站內(nèi)兩臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析主要包括以下兩個(gè)方面。

3.1 單臺(tái)變壓器技術(shù)特性的優(yōu)劣分析

通過(guò)單臺(tái)變壓器有功損耗臨界負(fù)載、無(wú)功消耗臨界負(fù)載、判定變壓器的技術(shù)參數(shù)優(yōu)劣。

以節(jié)約有功為主，計(jì)算有功損耗臨界負(fù)載；以提高功率因數(shù)為主，計(jì)算無(wú)功消耗臨界負(fù)載。

3.2 兩臺(tái)變壓器間的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析

當(dāng)發(fā)電廠(chǎng)具有A、B 兩臺(tái)參數(shù)不同的變壓器時(shí)，分析A 運(yùn)行，在什么條件下投運(yùn)B；或B 運(yùn)行，在什么條件下投運(yùn)A。即分析A-AB 之間、B-AB 之間的有功損耗臨界負(fù)載、無(wú)功消耗臨界負(fù)載。

4 基于水電站監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案

監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在水電站的廣泛使用為變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)用化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需考慮很多因素，如并列運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式、分列運(yùn)行方式、負(fù)載率調(diào)整時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、負(fù)載的經(jīng)濟(jì)分配、特殊運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)計(jì)算、運(yùn)行方式改變時(shí)的遙控操作等。

4.1 計(jì)算步驟

本文以某水電站兩臺(tái)變壓器（計(jì)為變壓器A、B）為例，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算步驟如下：

計(jì)算出變壓器A-B 之間功率損耗臨界負(fù)載，確定該廠(chǎng)站中哪臺(tái)變壓器是單臺(tái)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

求出A-AB 之間、B-AB 之間的臨界負(fù)載。

計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 兩臺(tái)變壓器的參數(shù)和計(jì)算數(shù)據(jù)表

1B:P0=18.46 kW,Pk=101.77 kW，Q0=30 kVar,QK=2575 kVar；

2B:P0=23.51 kW,Pk=146.22 kW，Q0=40 kVar,QK=4176 kVar。

a.單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—有功損耗曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖1。

圖1 單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—有功損耗曲線(xiàn)圖

臨界點(diǎn)為（8557.7 kVA，30.38 kW）。

b.單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—無(wú)功損耗曲線(xiàn)(局部)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—無(wú)功損耗曲線(xiàn)(局部)圖

臨界點(diǎn)為（2573.43 kVA，57.28 kVar）。

c.兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)負(fù)載分配曲線(xiàn)圖，見(jiàn)圖3。

橫坐標(biāo)：總運(yùn)行負(fù)載,縱坐標(biāo)：并列運(yùn)行時(shí)的分配負(fù)載。

圖3 兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)負(fù)載分配曲線(xiàn)圖

d.兩臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—有功損耗曲線(xiàn)（局部）圖，見(jiàn)圖4。臨界點(diǎn)為（8557.7 kVA，30.38 kW）、（23778.1 kVA，75.18 kW）。e.兩臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—無(wú)功損耗曲線(xiàn)（局部）圖，見(jiàn)圖5。

圖4 兩臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—有功損耗曲線(xiàn)（局部）圖

圖5 兩臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載—無(wú)功損耗曲線(xiàn)（局部）圖

臨界點(diǎn)為（2573.43 kVA，57.28 kVar）、（5444.1 kVA，117.36 kVar）。

4.2 計(jì)算結(jié)果

1）只考慮有功損耗：總負(fù)載8557.7 kVA 以下投運(yùn)1B，以上投運(yùn) 2B；23778.1 kVA 以上 1B、2B 并列運(yùn)行。

2）只考慮無(wú)功損耗：總負(fù)載2573.43 kVA 以下投運(yùn)1B，以上投運(yùn) 2B；5444.1 kVA 以上 1B、2B 并列運(yùn)行。

5 結(jié)論

本文以變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論為依據(jù)，探討水電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，水電站監(jiān)控綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集到的變壓器相關(guān)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式分析方法，通過(guò)工程化的實(shí)用計(jì)算公式，對(duì)站內(nèi)兩臺(tái)變壓器在不同運(yùn)行方式下的損耗進(jìn)行計(jì)算，利用其在不同運(yùn)行方式下的功率損耗結(jié)果對(duì)其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式進(jìn)行分析。