減少變壓器負(fù)荷與損耗的運行方式

減少變壓器負(fù)荷與損耗的運行方式由于電力工程必須超前建設(shè)的特點，一些新投入的變配電工程在一段短時期內(nèi)（1～2 a）負(fù)荷較輕。而變壓器的損耗在中低壓電網(wǎng)的線損中占的比例較大，尤其是輕負(fù)荷時占的比例更大。電網(wǎng)中存在一定數(shù)量輕載運行的變壓器，即所謂“大馬拉小車”的現(xiàn)象，無疑對降損節(jié)能不利，如何解決這個問題已是電力系統(tǒng)線損管理中的一個老話題。
　　1 變壓器的負(fù)荷與損耗的關(guān)系
　　　變壓器的有功功率損耗是空載損耗和負(fù)載損耗之和?？蛰d損耗是一個常數(shù)，它不隨變壓器的負(fù)荷變化而變化。而負(fù)載損耗則是隨著負(fù)荷電流的變化而變化，它與負(fù)荷電流的平方成正比。在一定負(fù)載電流下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
　　　P=P0+PL，
　　　式中　P——變壓器的總損耗功率;
　　　 P0——變壓器的空載損耗功率;
　　 　PL——變壓器在一定負(fù)載電流下的負(fù)載損耗功率。
　　　負(fù)載損耗又與負(fù)荷電流I的平方成正比，即
　　　PL=I2R，
　　　式中　R——變壓器繞組的等值電阻。
　　　變壓器銘牌中給出了空載損耗P0和額定負(fù)載損耗PK，PK可表示為：
　　　PK=In2R，
　　　式中　In——變壓器額定負(fù)荷電流。
　　　至此，可得出變壓器在負(fù)荷電流為I時的總損耗值如下式：
　　　P=P0+（I2/I2n）PK.
　　2 不同運行方式下變壓器損耗的比較
　　　運行中的變壓器，除了存在一定的有功功率損耗外，還要消耗一定的無功功率（勵磁功率和漏磁功率），無功功率在聯(lián)接該變壓器電源側(cè)電網(wǎng)中也引起有功功率損耗，本文只討論不同運行方式下變壓器本身的有功功率損耗。
　　2.1　兩臺相同容量變壓器分列運行與單臺帶全部負(fù)荷的比較
　　　此方式比較的前提條件是兩臺變壓器的負(fù)荷電流之和不大于其中一臺的額定電流。假設(shè)兩臺變壓器分列運行時，每臺帶的負(fù)荷電流均為I，此時兩臺變壓器的損耗之和為：
　　　P2T=2PT=2[P0+（I2/I2n）PK].　　　（1）
　　　如果兩臺變壓器的負(fù)荷由其中一臺兼供，另一臺變壓器停運備用，此時帶負(fù)荷的一臺變壓器損耗為：
　　　P1T=P0+（4I2/I2n）PK.　　?。?）
　　　令P2T=P1T，由（1）式和（2）式可求得兩臺變壓器分列運行和一臺變壓器帶全部負(fù)荷時總損耗相等的臨界負(fù)荷電流值I′，
　　　即?。?）
　　　當(dāng)II′時，則兩臺分列運行時的總損耗小于單臺帶全部負(fù)荷的損耗。
　　2.2　單臺不同容量的變壓器分別帶相同負(fù)荷時的比較
　　　假設(shè)兩臺不同容量的變壓器帶相同的負(fù)荷電流I（前提條件是I小于容量較小的一臺配變的額定電流）。容量大的一臺空載損耗為P10，短路損耗為P1K，額定負(fù)荷電流為I1n;容量小的一臺空載損耗為P20，短路損耗為P2K，額定負(fù)載電流為I2n。當(dāng)兩臺變壓器的損耗相等，即P1=P2時，則
　　　P10+（I2/I21n）P1K=P20+（I2/I22n）P2K.　?。?）
　　　解（4）式可得臨界負(fù)荷電流I″：
　　 ?。?）
　　　當(dāng)負(fù)荷電流II″時，容量大的一臺損耗較小。
　　3 110 kV終端變電站主變壓器運行方式的選擇
　　　一般新投入的110 kV終端變電站都安裝兩臺主變壓器，而且在多數(shù)情況下負(fù)荷較輕。為了減少變壓器的損耗，根據(jù)2.1節(jié)可得，當(dāng)兩臺主變壓器的平均負(fù)荷電流I
　　　例如，黃埔供電局某110 kV變電站，兩臺主變壓器型號為SFZ8-40000/110，空載損耗P0=32 kW，短路損耗PK=162 kW，額定電流In=2 200 A。代入（3）式得I′=691 A。
　　　即當(dāng)分列運行時每臺主變壓器平均負(fù)荷電流小于691 A時，采用一臺主變壓器帶全站負(fù)荷，另一臺主變壓器備用自投的運行方式，可減少變電站主變壓器的總損耗，當(dāng)每臺主變壓器的平均負(fù)荷電流等于或大于691 A時，則采用主變壓器分列運行的方式較好。
　　4 10 kV配電變壓器運行方式的選擇
　　　一些新建的商住小區(qū)，建筑密集，報裝負(fù)荷較大，小區(qū)內(nèi)配電變壓器之間距離較短，區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)的線損中，配電變壓器的損耗占比例較大。新建初期區(qū)內(nèi)入住率低，負(fù)荷較輕且較分散。而小區(qū)內(nèi)的配電工程一般按規(guī)劃用電負(fù)荷一步到位安裝配電變壓器，這就造成了“大馬拉小車”現(xiàn)象。另外，夏季高峰負(fù)荷與冬季負(fù)荷比較，冬季負(fù)荷較輕，每到冬季也會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。解決這一問題的傳統(tǒng)做法是更換成小容量的變壓器。
　　　例如，把一臺630 kVA的配電變壓器更換為315 kVA的配電變壓器，以某變壓器廠產(chǎn)品參數(shù)為例作計算。SC3-630/10型配電變壓器的參數(shù)為：
　　　P10=1 800 W，P1K=5 270 W，I1n=909.3 A;SC3-315/10型配電變壓器的參數(shù)為P20=1 200 W，P2K=3 150 W，I2n=454.7 A。代入（5）式得I″=260.2 A。
　　　當(dāng)負(fù)荷電流小于260.2 A時，把630 kVA變壓器換成315 kVA變壓器，可以減少變壓器的損耗。
　　　如果有兩臺鄰近的630 kVA配電變壓器，在低壓側(cè)用聯(lián)絡(luò)線聯(lián)結(jié)，兩臺配電變壓器的負(fù)荷由其中一臺來供給，另一臺停運備用。根據(jù)（3）式可得I′=375.8 A。
　　　如果聯(lián)絡(luò)線很短，聯(lián)絡(luò)線的損耗可以忽略不計，當(dāng)單臺配電變壓器平均負(fù)荷電流小于375.8 A時，就可以采用上述方法減少變壓器的損耗。
　　　又假設(shè)有兩臺鄰近的630 kVA配電變壓器，比較上例中的兩種方式的總損耗。若單臺配電變壓器平均負(fù)荷電流為200 A，按上例的前一種方式，用兩臺315 kVA的配電變壓器代換630 kVA的配電變壓器，則兩臺315 kVA配電變壓器的損耗之和為：
　　　P2=2P20+2（I2/I22n）P2K=3619 W.
　　　按后一種方式，則一臺630 kVA配電變壓器帶400 A負(fù)荷，其損耗為
　　　P1=P10+（I2/I21n）P1K=2820 W.
　　　顯然，如果有兩臺鄰近的配電變壓器，上例中的后一種方式比前一種方式變壓器的總損耗小。由此可以推得，當(dāng)每臺配電變壓器的平均負(fù)荷電流越小，上例中后一種方式降損效果越顯著。
　　　在實際應(yīng)用中，用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式只需操作低壓開關(guān)即可實現(xiàn)運行方式的轉(zhuǎn)換。而更換變壓器，不僅工作量大，而且還要有相當(dāng)數(shù)量的備用變壓器，效果還不如用聯(lián)絡(luò)線的方式好，經(jīng)濟(jì)上也不合算。用聯(lián)絡(luò)線的方法，可推廣到鄰近的多臺變壓器，只要作簡單計算即可得出臨界負(fù)荷電流，這里不詳述。建議在小區(qū)配網(wǎng)設(shè)計上，增加低壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線，線徑可按配電變壓器的額定負(fù)荷電流的1/3～1/2考慮，施工時一步到位，建成后的小區(qū)配電變壓器便可靈活轉(zhuǎn)換運行方式了。
　　5 結(jié)論
　　a）對于新投運的110 kV終端變電站，如裝有兩臺主變壓器，當(dāng)每臺變壓器平均負(fù)荷電流小于（3）式所計算的I′時，采用一臺主變壓器帶全站負(fù)荷，另一臺備用自動投入的方式，既可減少變壓器損耗，又保證了供電可靠率。
　　b）對單臺運行的配電變壓器，當(dāng)負(fù)荷電流小于（5）式所計算的I″時，可用更換成小容量的配電變壓器的方法來減少變壓器的損耗。
　　c）對于已安裝有多臺配電變壓器新建的商住小區(qū)，建議采用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式。當(dāng)相鄰兩臺配變的平均負(fù)荷電流小于（3）式所計算的I′時，通過低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線由其中一臺帶全部負(fù)荷，另一臺停電備用，其減少變壓器損耗的效果較優(yōu)。這種方法推廣到相鄰多臺配電變壓器的情況下應(yīng)用，可以zui大限度地減少“大馬拉小車”造成的損耗。