王曉峰

(浙江省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江杭州 310002)

0 引言

變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是降低電力系統(tǒng)網(wǎng)損、節(jié)省變壓器電能損耗的重要措施，要實(shí)現(xiàn)變電站在隨時(shí)變化的各種負(fù)荷時(shí)都能按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行，這就需要通過(guò)對(duì)變電站負(fù)荷變化時(shí)的綜合功率損耗的動(dòng)態(tài)計(jì)算和分析比較，從而鑒別變電站是否處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，并使變電站實(shí)現(xiàn)按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行［1］.

目前，我國(guó)變電站基本上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行.在變電站變壓器運(yùn)行管理上存在一些誤區(qū).

(1)認(rèn)為變壓器按額定容量運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)的;

(2)并聯(lián)運(yùn)行的變壓器要等第一臺(tái)超過(guò)75%額定負(fù)荷時(shí)，再投入第二臺(tái)變壓器，認(rèn)為變壓器負(fù)荷率在75%左右效率最高;

(3)認(rèn)為變壓器負(fù)荷率在30%以下就是“大馬拉小車(chē)”，不經(jīng)濟(jì).其實(shí)不然，因?yàn)?，變壓器的損耗主要由空載損耗和負(fù)載損耗構(gòu)成，每臺(tái)變壓器的空載損耗是固定的，而負(fù)載損耗隨變壓器負(fù)荷變化而變化，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是要使每臺(tái)變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷系數(shù)區(qū)運(yùn)行.

1 概述變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷系數(shù)

以下以雙繞組變壓器為例，概述經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷系數(shù)的概念.

1.1 變壓器有功功率損耗及變壓器的負(fù)載系數(shù)

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中將產(chǎn)生有功功率損耗(即空載損耗與負(fù)載損耗的總和)［2］;雙繞組變壓器瞬時(shí)有功功率損耗△Pt(kW)和瞬時(shí)有功功率損耗率△Pt(%)的計(jì)算式為:

式中:Po—變壓器空載損耗功率，kW;

Pk—變壓器額定出率時(shí)的負(fù)載損耗功率，kW;

cosφr—瞬態(tài)負(fù)荷功率因數(shù);

βt—瞬態(tài)負(fù)荷系數(shù).

變壓器效率tη(%)的計(jì)算式為

式中:P1t—變壓器電源側(cè)瞬態(tài)輸入功率，kW;

P2t—變壓器負(fù)載側(cè)瞬態(tài)輸出功率，kW.

負(fù)荷系數(shù)即為變壓器的瞬時(shí)負(fù)載電流與其額定電流之比.負(fù)載系統(tǒng)數(shù)的計(jì)算式為

式中:I2n，I2t—分別為變壓器的額定電流與瞬時(shí)負(fù)載電流，A.

1.2 變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

變壓器在運(yùn)行中，采用什么負(fù)荷系數(shù)時(shí)，其損耗最小;這個(gè)負(fù)荷系數(shù)稱為經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)［3－4］.

1.2.1 有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

變壓器的有功功率損耗△P和有功損耗率△P%計(jì)算式［2］

由式可知，變壓器損失率△P%是變壓器負(fù)載系數(shù)β的二次函數(shù)，△P%先隨著β的增大而下降，當(dāng)負(fù)載系數(shù)等于

此時(shí)銅損等于鐵損.然后△P%又隨β的增大而上升.βjp是最小損失率△Pb%的負(fù)載系數(shù)，稱為有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù).

在有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)條件下，變壓器有功損耗率最低(即效率最高)，有功最低損耗△Pb%計(jì)算式為

1.2.2 綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

綜合功率損耗是指變壓器有功功率損耗和因其消耗無(wú)功功率使電網(wǎng)增加的有功功率損耗之和［5］.

變壓器綜合功率損耗及損耗率的計(jì)算式為:

可繪制成曲線△Pz=f(β)和△Pz%=f(β).求導(dǎo)數(shù)，則可得出綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)是指綜合功率損耗率最低時(shí)，變壓器輸出視在功率與額定容量之比.

變壓器在綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)條件下運(yùn)行時(shí)，其綜合功率損耗率最低.

最低綜合功率損耗率△Pzb%(%)為:

從以上變壓器綜合功率損耗和綜合功率損耗率的分析計(jì)算可以推算出，只有當(dāng)變電站變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗相同時(shí)，變壓器的效率最高，因此，變壓器的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)荷是:

其中:Snl—變壓器空載損耗;Sll—變壓器負(fù)載損耗;

Sjs—變壓器工作容量;Se—變壓器額定容量.

由于，變壓器的功率損耗值各不相同，近幾年來(lái)，變壓器鐵損大大降低，顯而易見(jiàn)，按誤區(qū)的觀點(diǎn)進(jìn)行的變壓器運(yùn)行方式是不經(jīng)濟(jì)的.要實(shí)現(xiàn)變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，必須對(duì)變電站隨時(shí)變化的負(fù)荷和綜合功率損耗進(jìn)行在線檢測(cè)和動(dòng)態(tài)計(jì)算分析，并確定最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，［6］從而進(jìn)行調(diào)控.研發(fā)“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)”就是為了實(shí)現(xiàn)上述功能.

我國(guó)變電站量大面廣，如果所有的變電站能降低變壓器損耗，按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行，其節(jié)省電能的效果是十分可觀的，因此，“變電站變壓器在線檢測(cè)系統(tǒng)”的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用對(duì)節(jié)省電能，緩解我國(guó)電力緊張的現(xiàn)狀將產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益.

2 “變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在線檢測(cè)系統(tǒng)”的依據(jù)和方法

“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在線檢測(cè)系統(tǒng)”適用于二臺(tái)及以上變壓器并聯(lián)運(yùn)行的變電站.其依據(jù)是:通過(guò)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)計(jì)算得出的變壓器最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式.系統(tǒng)由三部分組成:

(1)變電站變壓器運(yùn)行工況的在線檢測(cè);

(2)變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的分析計(jì)算，及變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)計(jì)算和綜合分析;

(3)實(shí)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式與現(xiàn)行運(yùn)行工況，自動(dòng)控制或提示調(diào)整變電站按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行.

2.1 變電站變壓器運(yùn)行工況的在線檢測(cè)

(1)采用GE多功能電力檢測(cè)裝置，在線檢測(cè)變電站各變壓器兩側(cè)的有功功率、無(wú)功功率、電量、溫度等參數(shù)及變化趨勢(shì);

(2)采集變電站各變壓器進(jìn)出線開(kāi)關(guān)位置狀態(tài).

2.2 變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的分析計(jì)算，及變電站變壓

器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)計(jì)算和綜合分析

當(dāng)變電站多臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，變電站的變送負(fù)荷在隨時(shí)變化，因此，需通過(guò)對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)負(fù)荷的分析計(jì)算及變電站運(yùn)行方式的動(dòng)態(tài)計(jì)算、分析，才能確定實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式.計(jì)算、分析步驟如下:

(1)根據(jù)各臺(tái)變壓器參數(shù)，分別計(jì)算出各種負(fù)荷下的功率損耗和經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù);

(2)根據(jù)主接線，計(jì)算各種變送負(fù)荷下的經(jīng)濟(jì)分配運(yùn)行模式;

(3)按實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)綜合損耗計(jì)算，確定實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式.

2.3 實(shí)時(shí)比較經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式與現(xiàn)行運(yùn)行工況，自動(dòng)

控制或提示調(diào)整變電站按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行

(1)把數(shù)模計(jì)算的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式與現(xiàn)行的運(yùn)行方式進(jìn)行比較，提出改變變壓器投運(yùn)臺(tái)數(shù)和負(fù)荷分配的方案;

(2)通過(guò)實(shí)測(cè)運(yùn)行參數(shù)的綜合損耗動(dòng)態(tài)計(jì)算的比較和分析，確認(rèn)或修正經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的方案;

(3)當(dāng)變電站的變送負(fù)荷變化時(shí)，按經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式提出運(yùn)行操作的方案;

(4)把經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的調(diào)節(jié)和操作要求通過(guò)計(jì)算機(jī)界面和語(yǔ)音及時(shí)提示運(yùn)行人員，并可通過(guò)變電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制.

3 應(yīng)用“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行在線檢測(cè)系統(tǒng)”的可行性

綜上所述，應(yīng)用“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)”，以實(shí)現(xiàn)變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，對(duì)降低變電站內(nèi)變壓器損耗，節(jié)省電能，緩解我國(guó)電力緊張的狀況是具有現(xiàn)實(shí)意義的.

由于變電站運(yùn)行管理中注重安全運(yùn)行，不是很重視變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也沒(méi)有這方面的考核指標(biāo).但在當(dāng)前，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在變電站已經(jīng)廣泛采用，在變電站的運(yùn)行管理中，應(yīng)用“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)”，在技術(shù)上是可行的，經(jīng)濟(jì)上投入較少，因此，只要重視變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)用“變電站變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行檢測(cè)系統(tǒng)”，來(lái)進(jìn)行變電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是完全可行的.

［1］ 楊 佳.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)用化方法的研究［D］.鄭州:河海大學(xué)，2006.

［2］ 胡景生.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

［3］ 曲鴻春，咸日常，趙愛(ài)麗.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)的最新研究［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2009，25(1):29 －31.

［4］ 王向勇.電力變壓器的節(jié)能運(yùn)行及應(yīng)用［C］//張瀚予.全國(guó)工礦企業(yè)電力安全與節(jié)能技術(shù)優(yōu)秀論文集.北京:北京理工大學(xué)出版社，2005:95 －99.

［5］ 趙志杰.配電網(wǎng)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制方式的研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2008.

［6］ 王承民，劉 莉.變電網(wǎng)節(jié)能與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2012.