电力变压器经济运行分析

电力变压器被应用于输电和配电领域, 变压器容量直接影响到电网的运行和投资。是否经济运行, 则由本身能耗的功率、所带负荷大小以及变压器在磁化过程中引起的空载无功损耗、绕组电抗中的短路无功损耗等因素决定的。通过依据变压器的有关技术参数, 采用合理运行方式, 提高运行管理, 充分利用现有设备条件, 达到节约电能的目的。

1 变压器技术参数与损耗的关系

1.1 空载电流及空载损失

空载损耗是衡量一台变压器质量的重要参数之一。在变压器中, 空载电流决定着变压器的空载损耗, 空载电流越大, 空载损耗也越大, 因为空载损耗是空载电流与电源电压的乘积。空载损耗越大, 说明变压器的效率越低, 也说明变压器的质量越差, 严重的时候, 还可能引起变压器的过热损坏。

在一定的输入功率时, 空载损耗越大, 输出功率越小。也可以说, 在要求输出功率一定时, 空载损耗越大, 变压器所消耗的功率越大。空载电流和空载损耗数据一般在变压器出厂说明书上都有明确纪录, 空载电流和在空载损耗成正比, 同容量变压器空载电流越大空载损耗也越大。变压器的主要组成部分是铁芯和绕组;空载电流的作用是建立工作磁场, 又称励磁电流。当变压器二次侧开路, 在一次侧加电压U1e时, 一次侧要产生电流Io——空载电流。通常Zm>Z1, 则Z1可以忽略。由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。铁芯中的感应电流引起的热损失称为涡流损失, 其大小与铁芯的电阻成反比。由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热称为磁滞损失, 其损失大小由磁滞回线决定。

Io=U1e/ (Z1+Zm)

Z1为变压器一次阻抗;

Zm为变压器激磁阻抗。

1.2 短路电压 (短路阻抗) 及损失

从运行性能考虑, 要求变压器的阻抗电压小一些, 即变压器总的漏阻抗电压小一些, 使二次侧电压波动受负载变化影响小些;但从限制变压器短路电流的角度, 阻抗电压应大一些。

2 变压器的负载与损耗的关系

2.1 变压器的有功功率与损耗

变压器空载损耗和变压器负载损耗是影响电力变压器的有功功率损耗主要两部分, 在一定的负载下, 可用下式表示变压器的有功功率损耗:

P=Pn+Pl

P为总的有功功率损耗;Pn为空载有功功率损耗;Pl为在一定负载下的负载有功功率损耗。

Pn=Pt+KQt=Pt+K (I0%S e/100) Pl=Pf+KQf=Pf+K (Ud%Se/100)

Pt为变压器额定空载有功损耗即变压器铁耗;I0%为变压器空载电流Pf为变压器额定负载有功损耗即变压器铜损;Ud%为变压器阻抗电压;Qt为变压器变压器额定励磁功率;Se变压器额定容量;K为无功经济当量, 按变压器在电网中的位置取值, 一般可取k=0.1kW/kva。有功负荷变化影响的铜耗决定变压器的损耗。

2.2 变压器带负载运行时, 负载变化其铁损耗和铜损耗如何变化

带负载运行时, 负载增加时铜损耗增加, 铜损耗等于一次绕组电阻乘一次电流的平方加二次绕组电阻乘二次电流的平方 (注:如果是三相, 则为每相铜损耗之和) 空载损耗, 变压器空载损耗主要是铁损耗 (和空载时一次绕组的铜损耗) 铁损耗基本与负载无关。无功功率的额定负载消耗和空载消耗;有功功率的短路损失和空载损失现象是每台变压器都存在有的。变压器的无功消耗和有功损耗一样, 也由铁损和铜损组成;由于变压器的无功消耗, 尤其是空载无功消耗很大, 因此变压器本身的功率因数很低。空载电流是指当向变压器的一个绕组 (一般是一次侧绕组) 施加额定频率的额定电压时, 其它绕组开路, 流经该绕组线路端子的电流, 称为空载电流I。其较小的有功分量Ioa用以补偿铁心的损耗, 其较大的无功量Ior用于励磁以平衡铁心的磁压降。

2.3 变压器的无功功率与损耗

对于变压器来说电感L是一定的, 频率也是不变的 (基本不变) 所以感抗也是相对恒定的, 故消耗的无功功率也是不变的.对于空载变压器来说有功的损耗为绕组铜损, 故很少.空载的变压器从输入侧看, 流入的功率中主要是无功功率, 有功功率很少, 功率因数是视在功率的与有功功率的比值, 所以变压器空载运行功率因数就很低。由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的;因此, 变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失;因此, 在分析变压器经济运行时, 无功消耗和有功损失都要最小。

3 变压器的容量与损耗的关系

容量相近的变压器都能满足供电要求, 容量较大的变压器和容量较小的变压器功率损失和负载系数公式为:

ΔPD=Po+D2Pk

ΔPX=Po+X2Pk

X=D (SDe/SXe)

根据上式可得出临界经济容量的计算公式:

SL=[ (PDO-PXO) / (PXK/SXe2-PDK/SDe2) ]1/2

临界经济容量的意义是:当按实际负载需用变压器的容量S>SL时, 则选用容量大的变压器;反之, S

4 科学管理和变压器经济运行

4.1 变压器制造和经济运行

变压器经济运行不但取决于经济运行的方式, 变压器的制造水平也是重点。变压器按经常负载大致可以分为下面四种情况:一是经常处于多半载运行的变压器;二是经常处于满载或接近满载运行的变压器;三是经常处于少半载运行的变压器;四是经常处于轻载或空载运行的变压器。

4.2 技术管理和经济运行

(1) 减少变压器的降压次数, 就减少了变压器的损耗。 (2) 应尽量提高变压器功率因数, 降低变压器的无功功率。 (3) 应作好变压器散热工作, 降低变压器的温度。

4.3 变压器选择方案和经济运行

(1) 在综合了解用户负荷前提下, 尽量根据变压器工作在50%~70%利用率情况下选择变压器容量。 (2) 变压器长期固定运行情况下可以考虑损耗较小的新型变压器。 (3) 根据现场供电情况, 变压器安装应选择在供电负荷重心区域。同时作好保证三相变压器负荷平衡, 减少负序电压损耗。

5 结语

电网的经济运行主要包括变压器和电力线路, 而变压器是应用广泛的电气设备它的自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗。而这种电能损耗占电力系统总损耗比例也很大, 因此在电力系统中变压器及供电系统的经济运行, 对降低电力系统、线损, 有重要意义。变压器的经济运行关键是设计者对负荷计算的准确性及后期的规划, 加上灵活的运行方式和调度;再通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行;对不合理的运行方式, 必须用新增设变压器实现经济运行。

摘要：变压器在整个国计民生中是一种应用极广的耗能设备。变压器是电力生产过程中的主要电器设备。变压器能否经济运行, 关系到供电企业的效益。本文就电力变压器经济运行了进行探讨。

关键词：电力变压器,损耗,经济运行,关系,分析