某總開閉所廠用變壓器效率核算及優(yōu)化運行

電力變壓器作為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域。由于變壓器的工作原理和制造水平，在輸送電能的同時必然存在電能損耗，但這并不是說變壓器的電能損耗是不可減少，通過調(diào)整負(fù)載和選取最佳運行方式來發(fā)揮變壓器效能，降低變壓器損耗。變壓器在變換電壓等級和傳遞電能的過程中自身會產(chǎn)生有功功率損耗，因為變壓器的技術(shù)特性，變壓器的有功功率損耗隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生非線性的變化，因此必須根據(jù)變壓器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過合理地選擇運行方式，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，才能達到節(jié)約電能的目的。

電力變壓器的經(jīng)濟運行是某石化企業(yè)電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要組成部分。隨著全廠供電負(fù)荷中心轉(zhuǎn)移至熱電站，總開閉所現(xiàn)有4臺6kV/380V 變壓器負(fù)載率在0.03～0.21之間，這為開展變壓器經(jīng)濟運行工作提供了空間。本文就總開閉所廠用變壓器效率進行核算并提出優(yōu)化方案。

1 變壓器損耗和效率曲線

變壓器的損耗分為兩部分：第一部分為變壓器的鐵芯損耗、又稱空載損耗或鐵耗，它與負(fù)荷大小無關(guān)，只與變壓器容量的大小和電壓有關(guān)，也稱為固定損耗或不變損耗，用ΔP0表示；第二部分為短路損耗、又稱為銅耗，它與負(fù)荷大小有關(guān)，又稱為可變損耗，用ΔPK表示。雙繞組變壓器的有功損耗為：

式中為變壓器額定容量，S為變壓器通過的視在功率。若有兩臺雙繞組變壓器并列運行，則總有功損耗為：

變壓器所帶負(fù)載功率為P，則有公式

通常變壓器所帶負(fù)載功率因數(shù)取為0.8。常年處于輕載或過載運行的變壓器都屬于不經(jīng)濟運行，負(fù)載率公式：

理論推導(dǎo)證明，運行中的 變壓器的實際銅耗ΔPK等于鐵耗ΔP0時，變壓器的效率最高，損耗最低，此時的效率稱為經(jīng)濟負(fù)載率，用βmax表示，其表達式為：

圖1為變壓器效率曲線。當(dāng)負(fù)載率β 在0～β2max間變化時，效率η 在（0～ηN）間隨β的增加而急劇增加，并有相對較低的運行效率。當(dāng)β 在β2max～1.0間變化時，η 在（ηN～ηmax）間隨β的增加而緩慢變化，并有相對較高的運行效率。

圖1 變壓器效率曲線

2 優(yōu)化運行方案

總開閉所四臺廠用變壓器設(shè)備參數(shù)如下：1#、2#變壓器。SCB8-800/6.3，ΔP0=1.740kW，ΔPK=7.867kW；3#、4#變壓器。SCB8-1000/6，ΔP0=1.608kW，ΔPK=8.596kW。其中1#、2#變壓器接于總開閉所主6kV室，其負(fù)載為4#、5#發(fā)電機輔機和水務(wù)中心精處理裝置電動機。3#、4#變壓器接于廠用6kV室，其負(fù)載為1#發(fā)電機輔機和主控制室電源（圖2）。

表1 廠用變壓器有功損耗及經(jīng)濟負(fù)載率

圖2 總開閉所廠用變壓器及系統(tǒng)運行方式示意圖

通過企業(yè)的SMES3.0系統(tǒng)調(diào)取總開閉所變壓器供電數(shù)據(jù)，分析計算得出各臺變壓器平均功率分別為P1#=25kW，P2#=133kW，P3#=25kW，P4#=27kW。根據(jù)公式（1）、（3）、（4）、（5）計算出廠用變壓器有功損耗及經(jīng)濟負(fù)載率（表1）。根據(jù)公式（1）、（2）和變壓器各項參數(shù)，繪制出變壓器有功功率損耗與視在功率曲線（圖3）。

圖3 變壓器有功功率損耗與視在功率曲線

通過以上分析可看出：四臺變壓器負(fù)載率都遠(yuǎn)低于其經(jīng)濟負(fù)載率，且四臺變壓器總視在功率為262.500kVA，小于四臺變壓器中任一臺變壓器的額定容量；3#變壓器有功損耗曲線總在1#變壓器有功曲線下方，即無論負(fù)載S為何值，3#變壓器有功損耗總比1#變壓器有功損耗小；在相同負(fù)載S且小于625kVA情況下，3#或4#單臺變壓器有功損耗小于3#、4#變壓器并聯(lián)的有功損耗，在相同負(fù)載S且大于625kVA情況下，3#或4#單臺變壓器有功損耗大于3#、4#變壓器并聯(lián)的有功損耗。

為了達到變壓器經(jīng)濟運行，減少有功損耗，提高負(fù)載率，提出如下運行方案：將原1#、2#變壓器所帶負(fù)荷分別轉(zhuǎn)移至3#、4#變壓器，3#、4#變壓器低壓側(cè)之間通過母聯(lián)連接，在變壓器保護施耐德S40中設(shè)置備自投程序，平時兩臺變壓器一用一備，提高系統(tǒng)安全性（圖4）。

圖4 總開閉所優(yōu)化后廠用變壓器及系統(tǒng)運行方式示意圖

根據(jù)公式（4）計算出3#變壓器帶整個低壓負(fù)荷時，負(fù)載率β為0.263，介于0.187～0.433之間，具有相對較高的運行效率；根據(jù)公式（1）計算出有功損耗為ΔP2.2kW，原運行方式下有功損耗ΔP為7.066kW，減少損耗為7.066-2.200=4.866kW，年節(jié)約4.866×24×365=42626.16kWh，減少電能損耗明顯。

3 結(jié)語

本文對總開閉所廠用變壓器效率進行核算并提出優(yōu)化運行方案，盡管變壓器的損耗在變壓器負(fù)荷中所占比例較小，但石油化工企業(yè)的運行性質(zhì)是連續(xù)生產(chǎn)24小時不間斷，所以變壓器運行時間長，故累計降損節(jié)能效果明顯。從某石化企業(yè)來看，全廠6kV電壓等級以上變壓器有207臺，近四分之一處于低負(fù)載率運行，存在巨大的節(jié)電潛能。因此，開展變壓器經(jīng)濟運行工作是該企業(yè)電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的一個重要組成部分。

開展變壓器經(jīng)濟運行范圍很廣，辦法很多，節(jié)電效果也很好。首先是充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件，通過詳細(xì)分析和嚴(yán)密計算，選擇技術(shù)參數(shù)好的變壓器和經(jīng)濟運行方式運行；其次通過加強供電的科學(xué)管理來實現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟運行。