从经济运行角度分析变压器的选择

　
　　
　　摘要：针对供电区域内变电站供出负荷的情况，分析负荷率、损耗比及功率因数对经济运行的影响，结合现场实际运行实例，介绍电力变压器实施经济运行与容量、数量选择之间的安全和经济效益关系，提出相关注意事项。
　　关键词：变压器；容量选择；经济运行；运行效率
　　
　　1引言
　　我们在变电站建设、扩建和增容等实际工作中，为了满足供电安全可靠性和社会用电量，首要考虑的因素是根据变电站的供电负荷选择变压器的容量（1）和使用台数。容量既要考虑实际的现实需求，不能将容量选择过小；还要考虑到随着经济的发展，负载的增加留出一定的富裕容量，但如果容量选择过大，则会造成变压器本身和相关设备购置、安装、运行和维护的资金投入。同时还要考虑变压器使用的台数，如果选用数量过少，系统的接线方式往往不能满足供电可靠性的要求，缺少相应的必要备用从而影响后续的检修；选择的数量如果过多，则往往会造成实际安装过程中的布置困难，还会使得相应的配套设施资金投入增加，也为后续的检修维护增加了工作量。所以说，选择恰当的变压器容量及数量，有利于减少建设的一次性投资，还能节约后期的运行、维护费用。
　　本文从变压器经济运行的角度，结合变压器检修运行的相关制度，对不同的方案进行经济技术和安全性比较。综合相应的效益分析，对变压器的容量和台数选择需考虑的因素进行探讨。
　　2电力变压器经济运行应具备的条件和要求
　　电力变压器经济运行是在满足对用户供电质量和可靠性和确保变压器安全运行的基础上，充分利用变电站的设备条件，择优选取变压器的运行方式，降低变压器本身的能量损耗，提高其电源侧的功率因数，实现降损节能的目标。供电负荷与变压器容量和台数的确定，关系到变压器经济运行的方式；实施变压器经济运行与变电站内变压器的台数、容量和变压器自身性能和损耗参数密切相关，是建立在确保安全可靠供电前提下的一项综合经济技术活动，贯穿电力变压器从设计选型、运行检修到退役的整个过程；在变电站建设、扩建和变压器增容时就要考虑其相关的因素和条件；实施变压器经济运行，就变压器和变电站设备本身一般应具备和满足以下条件，在变压器设计和选型时应充分给予考虑。
　　（1）新建变电站分期建设，考虑负荷的增长，首期只有一台变压器时，要结合最终规模确定变压器的容量，变压器的负载率应贴近最佳经济运行区域，一般在75%以下为最佳，若短期内不进行扩建，变压器不宜满负荷运行。
　　（2）并列运行的多台变压器应满足并联条件，即联结组别与相位关系相同；电压和变压比相同，允许偏差相同，调压范围内的每级电压相同；防止二次绕组之间因存在电动势差，产生循环电流，影响容量输出和烧坏变压器。短路阻抗相同，控制在10%的允许偏差范围内(1)；容量比在0.5~2之间；保证负荷分配均匀，防止短路阻抗和容量小的变压器过载，而容量大和短路阻抗大的变压器欠载，短路阻抗的大小必须满足系统短路电流的要求，否则应采取限制措施。
　　（3）选用电力变压器的技术参数，应以变压器整体的可靠性为基础，综合考虑技术参数的先进性和合理性，兼顾对系统安全的影响，充分考虑变压器自身固有的综合损耗，在负载损耗基本相同时，尽量选用空载损耗小的变压器，负载损耗满足国标《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》(4)。
　　（4）电力变压器在负载区域运行时，其绕组、线夹、引线、绝缘油及绝缘部件的温度不宜过高，在变压器负载导则规定的温度限值内，避免高温度下运行，绝缘老化加快而缩短变压器的寿命和引发损坏事故(3)。也要防止变压器高温度运行，引起变压器自身损耗过大，影响输出效率，造成不必要的电能浪费。
　　（5）在装有备用变压器的变电站，要选择综合功率损耗（应该把变压器的冷却功率计算在内）小的变压器投入运行，要按负载的变化规律，合理选择最佳组合方式，要通过调整负载，提高负荷率，提高功率因数，使变压器在经济运行区的优选段内工作。
　　（6）单台变压器经济运行区平均负载系数，β的上限为1，下限为Pk/Po，(其中Pk为变压器空载损耗，Po为额定负载损耗)；经济运行区优选运行段的平均负载系数，β的上限为0.75，下限为1.33（Pk/Po）。
　　（7）变压器经济运行必须建立在安全可靠供电的前提条件下，备用变压器应有可靠的自动投入装置相配套，保证在相临变压器故障时自动投入运行，确保不中断正常供电。
　　（8）安排变压器并列运行方式，要对联络开关的额定折断容量进行核算，防止系统短路故障时因开关遮断容量不足而损坏设备，影响故障点的自动隔离；分列运行的母线联络开关备用电源自投动作时，应能自动断开接入母线侧的其它电源的开关。
　　3电力变压器的经济运行条件举例
　　变压器的负荷率、损耗比及功率因数与运行效率息息相关。下面用相关的例子说明：
　　在额定电压下，变压器绕组通过额定电流时其效率为：　式中:COSφ—功率因数,Sr—变压器额定容量，kVA，△PO—变压器空载有功损耗，kW，△PK—变压器满载有功损耗，kW
　　3.1变压器负荷率与运行效率的关系
　　当变压器的计算负荷为Sc（kVA）时，其短路损耗为: ,这时变压器效率为，当最小时，效率达到最高。同时根据极限原理，可以求得效率达到最大值的条件为：，即空载损耗等于短路损耗时变压器效率最高，此时负荷率等于：。
　　例如，现有一台500kVA三相双绕组变压器，10/0.4kV,D,Yn11接线组别，COSφ=0.9，△P0=1.12kW,△Pk=5.227kW。当所带负荷时效率最高，变压器此时负荷率，。当其他条件不变，负荷率变为80%时，Sc=400kVA,,效率降低。
　　3.2变压器功率因数与运行效率的关系
　　前例中，当功率因数降为COSφ=0.8，其他条件不变，此时，显然功率因数越低变压器效率越低。因为在有功功率保持不变的条件下，提高负荷的功率因数，意味着减小了负荷的无功功率，可以减小发电机送出的无功功率和通过线路及变压器的无功功率，所以也将减少线路及变压器中的无功功率损耗和电能损耗，可以提高设备和线路的运行能力，节约投资。
　　3.3变压器损耗比与运行效率的关系
　　令损耗比，上例变压器α=4.67。如选用一台500kVA非晶合金变压器，其参数为10/0.4kV,D,Yn11接线组别，COSφ=0.9，ΔP0=0.45kW,ΔPk=4.89kW。
　　其，当变压器所带负荷时效率最高，变压器此时负荷率，
　　从上述例子可以看出在变压器设计选型时除应选用空载损耗和短路损耗均较小的节能型变压器，才会为以后经济运行打下基础。
　　4结束语
　　变电站供电负荷与变压器的容量和台数选择关系影响变电站经济和安全运行，是一项关系供电企业安全和效益的综合性、系统性工作，确实需要根据电力变压器的固有属性，认真执行《电力变压器运行规程》等相关规程制度，以《工矿企业电力变压器经济运行导则》为依据，进行周密的计算分析，综合考虑地区负荷发展规划，兼顾用电性质和对可靠性的要求，统筹供电区域内的各类因素，发挥电力变压器经济运行良好的节能技术指标，达到供电负荷与变压器容量和台数的优化和统一，实现企业供电安全和经济效益最大化。
　　
　　参考文献：
　　（1） DL/T572—95《电力变压器运行规程》
　　（2） GB/T13462—92《工矿企业电力变压器经济运行导则》
　　（3） GB/T15164—94《油浸式电力变压器负载导则》
　　（4） GB/T13499—92《电力变压器应用导则》