DQZHAN技術(shù)訊：配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及其選擇

摘 要：對(duì)變壓器的效率與損耗進(jìn)行介紹，闡述配電變壓器實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的手段以及在實(shí)行過(guò)程中必須注意的事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：配電變壓器;經(jīng)濟(jì)運(yùn)行;選擇

中圖分類(lèi)號(hào)：TM734

Economic Operation and Selection of Distribution Transformer

HUA Di-wan

(Baiyun Power Supply Bureau of Guangzhou Power Supply Bureau Co. Ltd., Guangzhou 510000, Guangdong, China)

Abstract: Introduces the efficiency and loss of the transformer, and describes the means to achieve economic operation of the distribution transformers as well as the matters must pay attention to in the implementation process.

Keywords: distribution transformers; economic operation; ion

0引言

在電力網(wǎng)當(dāng)中，變壓器是其關(guān)鍵部分。由發(fā)電至用電，電壓上升之后，必須通過(guò)4次左右的減壓方能將電能輸送到百姓家中。在總的網(wǎng)損中，變壓器損耗的電能所占比例高達(dá)40%。而配電變壓器就是一種配電系統(tǒng)內(nèi)依據(jù)電磁感應(yīng)定律轉(zhuǎn)變交流電流與電壓，進(jìn)而對(duì)交流電能進(jìn)行傳送的靜止電器。一般是安裝在配電所內(nèi)或者是電桿上，可以把6 kV～10 kV的電壓調(diào)整到大約400 V，之后在傳送了用戶(hù)家中。配電變壓器具備長(zhǎng)期處在空載或負(fù)載運(yùn)行狀態(tài)、負(fù)載波動(dòng)較大以及容量比較小等特性，所以配電變壓器的損耗比較大。因此，為了能夠有效減少對(duì)電力系統(tǒng)的損耗，實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，配電變壓器必須實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1變壓器的效率和損耗

變壓器有功功率的損耗是由2個(gè)部分構(gòu)成，分別是負(fù)載損耗與空載損耗，其中負(fù)載損耗和變壓器負(fù)載的平方之間為正比關(guān)系，而空載損耗則是常數(shù)，不會(huì)因?yàn)樽儔浩髫?fù)載的改變而隨之改變。變壓器的工作效率受到變壓器運(yùn)行特性和負(fù)載性質(zhì)的影響，換句話(huà)講就是，如果變壓器負(fù)載的損耗與空載損耗一致，那么變壓器工作效率*佳[1]。由于變壓器的負(fù)載利用率，其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)區(qū)域通常是1/4或者是1/3，所以變壓器的運(yùn)行狀況與負(fù)載情況可以任意進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)其二次電流加以管理與控制，將變壓器損耗限制在*低水平內(nèi)，進(jìn)而確保變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

通常情況下為了能夠?qū)崿F(xiàn)*好的節(jié)能效果，有2臺(tái)變壓器的系統(tǒng)內(nèi)，必須對(duì)變壓器的運(yùn)行方式進(jìn)行調(diào)整。圖1為變壓器損耗功率和負(fù)載功率的關(guān)系，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，負(fù)載與Sa一致時(shí)，*為經(jīng)濟(jì)的方式是使用1臺(tái)變壓器。負(fù)載比Sa大時(shí)，*為經(jīng)濟(jì)的方式是使用2臺(tái)變壓器。負(fù)載與Sb一致時(shí)，*為經(jīng)濟(jì)的方式是使用3 臺(tái)變壓器。由此可見(jiàn)，其中的Sa、Sb是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中的臨界負(fù)荷點(diǎn)。

圖1 變壓器損耗功率和負(fù)載功率的關(guān)系(kw˙h)

2變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的分析

聚集在一處的變壓器較多，那么可以使用的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式也比較多，且運(yùn)行效果也就越好。然而在居民小區(qū)中集中安裝3臺(tái)配電變壓器是不可能的，這主要是由于受到空間與供電半徑的制約。通常情況下是集中安裝2臺(tái)配電變壓器，其接線(xiàn)方式如圖2所示。

在保證供電可靠性的條件下，降低投資成本，可以將高壓更換成單進(jìn)線(xiàn)與單母線(xiàn)運(yùn)作，并且能夠不設(shè)置進(jìn)線(xiàn)的開(kāi)關(guān)[2]。此外，因?yàn)榈蛪郝?lián)絡(luò)環(huán)節(jié)的成本投入較小，并能節(jié)省大量的高壓進(jìn)線(xiàn)電纜，所以，依據(jù)圖2的接線(xiàn)方式進(jìn)行接線(xiàn)，不會(huì)增加太多的成本投入。

白天，變壓器的負(fù)荷比較小，所有的負(fù)荷可以通過(guò)A變壓器來(lái)帶動(dòng);晚上，變壓器的負(fù)荷比較大，所有的負(fù)荷可以通過(guò)A、B 2臺(tái)變壓器分別帶動(dòng)。因?yàn)槿藗冇秒姶嬖跇O為明顯晝夜差異，依據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，峰谷之間的差異高達(dá)6倍，夏季峰谷之間的差異更為明顯，所以，利用上圖中的變壓器具有較好的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效果。依據(jù)上圖2的運(yùn)行方式，把10 kV 630 kVA的變壓器2臺(tái)來(lái)替代10 kV 1 250 kVA的變壓器，通過(guò)計(jì)算，在當(dāng)前的電價(jià)狀況下，在5 a之內(nèi)就能將多投入的成本回收回來(lái)，經(jīng)濟(jì)效益較好。

3明確變壓器運(yùn)行轉(zhuǎn)折點(diǎn)

在1個(gè)小區(qū)中，往往會(huì)出現(xiàn)參數(shù)相似、容量一致的2臺(tái)變壓器，這種情況是極易實(shí)現(xiàn)的。那么在A變壓器獨(dú)自運(yùn)作的過(guò)程中，在某種條件下，加入B變壓器，進(jìn)而形成A、B 2臺(tái)變壓器一同運(yùn)作，它們的綜合功率損耗分別為△PZA與△PZAB，以下為其計(jì)算公式：

△PZA=P0ZA+(S/SN)2PKZA ， (1)

△PZAB=P0ZAB+(S/2SN)2PKZAB ， (2)

公式中：P0ZAB=P0ZB+P0ZA ，

PkZAB=PkZB+PkZA。

PZAB等于PZA，將上述公式(1)與公式(2)求解，*后能夠獲得綜合功率臨界點(diǎn)的負(fù)載功率SLZAB。

SLZAB=2SN

(3)

把公式(1)與公式(2)的特點(diǎn)曲線(xiàn)繪制在圖3中，公式(3)所求出的值SLZAB就是兩條曲線(xiàn)的匯合處。

式中，PZA為A變壓器的功率，kW;P0ZA為A變壓器的零負(fù)載功率，kW;S為負(fù)載功率，kW;SN為零負(fù)載功率，kW;PKZA為A變壓器的輸出功率，kW;△PZA為A變壓器的綜合功率損耗，kW;△PZAB為A與B變壓器的綜合功率損耗，kW;PKZAB為A與B變壓器的輸出功率，kW;P0ZAB為A與B變壓器的零負(fù)載功率，kW。

圖3能發(fā)現(xiàn)兩種狀況：

a)如果SLZAB小于SN，那么與圖3(a)所示，該條件下2條曲線(xiàn)的匯合處L1處于SN的左邊。那么如果S大于SLZAB時(shí)，1臺(tái)A變壓器的運(yùn)作比較經(jīng)濟(jì)劃算;如果S等于SLZAB時(shí)，A與B 2臺(tái)變壓器一起運(yùn)作較為經(jīng)濟(jì)劃算;

b)如果SLZAB大于SN時(shí)，那么與圖3(b)所示，該條件下2條曲線(xiàn)的匯合處L2處于SN的右邊。那么變壓器達(dá)到滿(mǎn)載之前采取1臺(tái)A變壓器單獨(dú)運(yùn)作比較經(jīng)濟(jì)劃算;變壓器達(dá)到滿(mǎn)載之后采取A與B 2臺(tái)變壓器一起運(yùn)作較為經(jīng)濟(jì)劃算。

(a) (b)

圖3 1臺(tái)變壓器與2臺(tái)變壓器并列運(yùn)作臨界負(fù)載的功率

4.配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中注意的事項(xiàng)

a)筆者上述所介紹的只是其中的一種方式，在實(shí)際的工作中，變壓器的選擇必須依據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方式對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，從而選擇運(yùn)行方式*好且技術(shù)參數(shù)佳的配電變壓器[3];b)如果不斷的對(duì)變壓器或者開(kāi)關(guān)進(jìn)行操作，那么將會(huì)對(duì)其帶來(lái)一定的破壞，且使得檢查與維修成本相應(yīng)提升，所以，應(yīng)該選擇適合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式變化的頻度以及時(shí)間;c)繼電保護(hù)裝置和控制裝置應(yīng)該相匹配，預(yù)防由于故障合開(kāi)關(guān)等因素而造成的事故。此外，在實(shí)際的工作中，應(yīng)該結(jié)合具體狀況進(jìn)行仔細(xì)分析，且加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理力度。

5.配電變壓器的選擇

配電變壓器要想實(shí)現(xiàn)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，除了要對(duì)變壓器運(yùn)行方式進(jìn)行選擇之外，還必須注

意變壓器的選取。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)不再對(duì)S9變壓器進(jìn)行推廣使用了，現(xiàn)今通常是選用非晶合金變壓器和S11變壓器。其中非晶合金變壓器是目前系統(tǒng)電能損耗*低的一種節(jié)能型的變壓器，與相同容量的S9變壓器相比，其空載損耗降低了60%，即使非晶合金變壓器的價(jià)格比S9變壓器高，但是兩種型號(hào)變壓器價(jià)格上的差價(jià)，通常能在之后6 a～7 a中，通過(guò)減少損耗而縮減支付的電費(fèi)加以抵扣，因此，對(duì)于條件的地區(qū)可以?xún)?yōu)先選擇該種變壓器。S11型卷鐵心變壓器與S9變壓器相比，其空載損耗降低了 20%～30%，，具備重量較輕、工藝單一、便于維護(hù)、體積較小、節(jié)能效果較好以及運(yùn)作費(fèi)用少等特點(diǎn)，在一些電網(wǎng)改造工程中，可以大力推廣運(yùn)用該種變壓器 [4]。

6.結(jié)語(yǔ)

在對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行改造的過(guò)程中，必須對(duì)負(fù)荷的發(fā)展情況加以思考，選取容量較大的變壓器。結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在一些擁有2臺(tái)或者2臺(tái)以上變壓器的地區(qū)，負(fù)荷較低時(shí)，只要對(duì)其進(jìn)行較小的調(diào)節(jié)，且1臺(tái)變壓器就能帶動(dòng)之前需要2臺(tái)變壓器的負(fù)荷，將另一臺(tái)停止運(yùn)作，電力供應(yīng)的范圍大約在500 m以?xún)?nèi)。對(duì)變壓器負(fù)荷進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，可以達(dá)到配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，這種方式是達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)作的一種重要方式。