張 浩，張 雅

（1.新疆維吾爾自治區(qū)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電一所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司智能工程中心，北京 100089）

探討變壓器的節(jié)電方法

張 浩1，張 雅2

（1.新疆維吾爾自治區(qū)建筑設(shè)計(jì)研究院機(jī)電一所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司智能工程中心，北京 100089）

用節(jié)電觀點(diǎn)看變壓器的技術(shù)特性，從實(shí)際事例闡述變壓器的節(jié)電方法，分析節(jié)電效果，總結(jié)了多臺(tái)變壓器（容量相同、特性相同）并聯(lián)時(shí)損耗減少的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其判定公式，為廣大設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員提供正確性、科學(xué)性的依據(jù)。

變壓器；損耗；節(jié)電方法

1 從節(jié)電觀點(diǎn)看變壓器的特性

1.1 常用變壓器技術(shù)參數(shù)

目前常用的10kV變壓器為S11和S9型，其技術(shù)參數(shù)分別見(jiàn)表1和表2。

表1 部分S11型10/0.4kV變壓器參數(shù)（A公司生產(chǎn)）

表2 部分S9型10/0.4kV變壓器參數(shù)（B公司生產(chǎn)）

1.2 變壓器損耗的種類

變壓器損耗包括與負(fù)載電流增減無(wú)關(guān)的固定空載損耗（簡(jiǎn)稱：鐵損）和與負(fù)載電流平方成正比的負(fù)荷損耗（簡(jiǎn)稱：銅損）。

鐵損PF包括磁滯損耗Ph和Pe渦流損耗兩部分，即：

PF=Ph+Pe--------鐵損PF值直接由變壓器廠提供

鐵損PF值直接有變壓器廠提供。

銅損是變壓器一次線圈和二次線圈的電阻損耗之和，三相變壓器銅損為：

除上述兩種損耗外，還有介質(zhì)損耗和雜散負(fù)荷損耗，此部分損耗因其測(cè)定困難，其值很小，可忽略不計(jì)。

1.3 變壓器效率

三相變壓器的額定效率η為：

式中：P2--------二次側(cè)輸出功率（kW）

V2-------二次側(cè)電壓（V）

I2------------二次側(cè)負(fù)荷電流（A）

COSΦ-------功率因數(shù)

由此式可見(jiàn)：變壓器的效率隨著輸出功率（kW）變化的同時(shí)，也隨著負(fù)荷的功率因數(shù)變化，功率因數(shù)變小，效率就降低，這是因?yàn)樽儔浩鞯娜萘繂挝皇牵╧VA）。而效率計(jì)算是用（kW）。

因?yàn)樽儔浩鞯呢?fù)荷時(shí)刻都在變化，所以考慮瞬時(shí)效率是沒(méi)有意義的，最便捷且有意義的是考慮一天的效率，即日效率。具體計(jì)算公式如下：

2 變壓器的節(jié)電方法

2.1 將輕負(fù)荷變壓器停止運(yùn)行

有幾臺(tái)變壓器、各自的負(fù)荷率都很低時(shí)，把負(fù)荷率較低的變壓器停止運(yùn)行，并通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)將負(fù)荷集中起來(lái)供電就可以節(jié)電。但是，在有些場(chǎng)合，負(fù)荷增加了的變壓器增加的損耗，與停止運(yùn)行變壓器減少的損耗相比，有時(shí)還要大，會(huì)出現(xiàn)相反的效果，所以應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較。

例1：使用兩臺(tái)A公司生產(chǎn)的800kVA變壓器，0.4kV系統(tǒng)為單母分段接線，

接在10kV母線上的2臺(tái)變壓器負(fù)荷率均為40%，將1臺(tái)變壓器停止運(yùn)行，并作經(jīng)濟(jì)比較。變壓器特性參數(shù)見(jiàn)表1-1：

已知兩臺(tái)變壓器的鐵損、銅損相同，均為：

鐵損=0.98kW

銅損=額定負(fù)荷銅損×（負(fù)荷率）2

=7.5×（40%）2=1.2

所以，總損耗=2×（0.98+1.2）=4.36（kW）

（2）2號(hào)變壓器停止運(yùn)行，負(fù)荷全部由1號(hào)變壓器供電，負(fù)荷率80%

1號(hào)變壓器鐵損=0.98Kw

1號(hào)變壓器銅損=額定負(fù)荷銅損×（負(fù)荷率）2=7.5×（80%）2=4.8

總損耗=0.98+4.8=5.78（kW）

可見(jiàn)：停止1臺(tái)變壓器，損耗反倒增加了：5.78-4.36=1.42（kW）。

2.2 更換變壓器

在有備用變壓器場(chǎng)合，與其使用小容量變壓器接近滿載，還不如讓較大容量變壓器低負(fù)荷運(yùn)行能減少損耗。

例2：某工廠在改造工程中把1臺(tái)B公司生產(chǎn)的500kVA變壓器（特性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-2）換成800kVA變壓器。

已知，500kVA變壓器帶90%負(fù)荷運(yùn)行（變壓器特性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-2）。

鐵損=0.96kW

銅損=5.1x（90%）2=4.13（kW）

總損耗=0.96+4.13=5.09（kW）

換成800kVA變壓器（特性數(shù)據(jù)見(jiàn)表1-1）后，負(fù)荷率為56.25%，

鐵損=1.4kW

銅損=7.5×（56.25%）2=2.37（kW）

總損耗=1.4+2.37=3.77（kW）

可見(jiàn)：將500kVA變壓器更換為800kVA變壓器后，損耗減少了：5.09-3.77=1.32（kW）。年度節(jié)電金額為：365天×24h×1.32kW×0.519元/kW·h=6001.3（元）

式中電費(fèi)單價(jià)取當(dāng)?shù)?～10kV工業(yè)電價(jià)：0.519元/ kW·h。

2.3 在夜間、休息天或低負(fù)荷季節(jié)把變壓器停止運(yùn)行

對(duì)夜間和休息天不工作的設(shè)備或車間，應(yīng)把夜間和休息天不能停電的負(fù)荷集中到某臺(tái)變壓器上，可設(shè)置白天或季節(jié)性專用變壓器，如鍋爐房按冬季/夏季分別設(shè)置變壓器，在夜間和休息天或低負(fù)荷季節(jié)停止運(yùn)行，以此來(lái)達(dá)到節(jié)電目的。但是如果白天、夜間或季節(jié)性負(fù)荷變化不太大時(shí)，這種方法就沒(méi)有經(jīng)濟(jì)效果。

例如：某天然氣儲(chǔ)氣庫(kù)正常工況為每年有注氣期（約160天）和采氣期（約160天），其中：注氣期計(jì)算負(fù)荷為26518.2kW（27986.6kVA），而采氣期因壓縮機(jī)全部停運(yùn)，負(fù)荷只有1010.4kW（1039.8kVA），故供電系統(tǒng)采用110kV雙電源供電，安裝110kV變壓器4臺(tái)，包括：110/10k、31.5MVA兩臺(tái)，1600kVA兩臺(tái)，注氣期采用兩臺(tái)31.5MVA 變壓器一用一備運(yùn)行，兩臺(tái)1600kVA變壓器報(bào)停，采氣期采用兩臺(tái)1600kVA 變壓器一用一備運(yùn)行，兩臺(tái)31.5MVA變壓器報(bào)停，降低損耗：

SZ11-31500/110kV， PF=24.6kW，PCN=126.4kW，采氣期如用其一用一備運(yùn)行供電，負(fù)荷率為3.3%。

鐵損=24.6kW

銅損=126.4×（3.3%）2=0.14（kW）

總損耗=2×24.6+0.14=49.34（kW）

SZ11-1600/110kV， PF=2.6kW，PCN=12.1kW，采氣期用其一用一備運(yùn)行，負(fù)荷率為65%。

鐵損=2.6Kw

銅損=12.1×（65%）2=5.1（kW）

總損耗=2×2.6+5.1=10.3（kW）

可見(jiàn)：采氣期將兩臺(tái)31.5MVA變壓器更換為兩臺(tái)1600kVA變壓器后，損耗減少了：49.34-10.3=39.04（kW），年采氣期節(jié)電金額為：160天×24h×39.04kW×0.329元=49321.6元。同時(shí)節(jié)約基本費(fèi)（按單臺(tái)變壓器考慮）：（31500-1600）×5個(gè)月×26元×104=388.7（萬(wàn)元）。

式中電價(jià)取當(dāng)?shù)?10kV大工業(yè)電價(jià)：實(shí)用電價(jià)0.329元/kW·h；基本電價(jià)：26元/（kVA·月）。

2.4 控制變壓器臺(tái)數(shù)

幾臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，根據(jù)負(fù)荷大小來(lái)增減變壓器的運(yùn)行臺(tái)數(shù)，以此來(lái)降低總損耗，接在電源母線上并聯(lián)運(yùn)行的變壓器的容量與特性通常是相同的，此時(shí)，各變壓器分擔(dān)的負(fù)荷也相同，N臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的總損耗PN（kW）為：

式中：S-----變壓器容量（kVA）

PL-----總負(fù)荷（kVA）

變壓器運(yùn)行臺(tái)數(shù)為（N-1）時(shí)的損耗PN-1（kW）為：

改寫該公式一下如下：

表3 多臺(tái)變壓器（容量相同、特性相同）并聯(lián)時(shí)損耗減少的運(yùn)行臺(tái)數(shù)

從表中可以看出，當(dāng)損耗比為3的三臺(tái)變壓器（容量相同、特性相同）并列運(yùn)行，總負(fù)荷在1臺(tái)變壓器容量的141%以下時(shí)，采用2臺(tái)變壓器運(yùn)行可降低損耗，當(dāng)負(fù)荷進(jìn)一步下降到1臺(tái)變壓器容量的81%以下時(shí)，采用1臺(tái)變壓器運(yùn)行可降低損耗。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文用節(jié)電觀點(diǎn)看變壓器的技術(shù)特性，通過(guò)實(shí)際事例闡述變壓器的節(jié)電方法，分析節(jié)電效果，總結(jié)出多臺(tái)變壓器（容量相同、特性相同）并聯(lián)時(shí)損耗減少的運(yùn)行臺(tái)數(shù)及其判定方法，僅供廣大設(shè)計(jì)人員和運(yùn)行管理人員參考。

［1］宋慧慧.配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及自動(dòng)投切裝置研究［D］.山東大學(xué)，2015.

［2］佘楚云.配電系統(tǒng)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式及其最優(yōu)投切策略研究［D］.上海交通大學(xué)，2010.

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A

1671-3818（2016）10-0008-02