孟鎮(zhèn)++王強(qiáng)++閆思語

摘要：合理調(diào)整變壓器容量，提高變壓器運(yùn)行效率，可有效降低配電變壓器損耗。闡述有載調(diào)容配電變壓器的調(diào)容降損節(jié)能原理；通過不同容量組合的有載調(diào)容變壓器的總功率損耗理論分析，給出其臨界經(jīng)濟(jì)容量計(jì)算結(jié)果；對(duì)比分析SZ11-M-T型有載調(diào)容變壓器與S11型配電變壓器的效率特性，驗(yàn)證有載自動(dòng)調(diào)容降損節(jié)能效果。

關(guān)鍵詞：有載調(diào)容；配電變壓器；臨界經(jīng)濟(jì)容量；有功損耗率；效率特性

中圖分類號(hào)：TM421 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2017）04-0027-03

配電變壓器的性能水平高低和降損指標(biāo)大小直接關(guān)系到電力企業(yè)和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)負(fù)荷峰谷輪換，合理地調(diào)整變壓器的容量，提高變壓器的運(yùn)行效率，是降低配電變壓器損耗的有效措施之一。

本研究提出一種確定臨界經(jīng)濟(jì)容量的方法，在此基礎(chǔ)上探討有載調(diào)容配電變壓器有功損耗率與負(fù)載率的關(guān)系，對(duì)比分析SZ11-M-T型有載調(diào)容配電變壓器與S11型配電變壓器的效率特性，為合理使用有載調(diào)容配電變壓器提供參考。

1 有載調(diào)容變壓器調(diào)容原理

現(xiàn)有的有載調(diào)容變壓器自身有大、小兩個(gè)容量等級(jí)，并且可以根據(jù)負(fù)荷的變化，通過調(diào)容開關(guān)改變繞組的聯(lián)結(jié)方式來實(shí)現(xiàn)大、小容量的調(diào)節(jié)，其調(diào)容原理如圖1所示。三相高壓繞組在小容量時(shí)呈星形連接，在大容量時(shí)呈三角形連接。每相低壓繞組由3段組成：27%匝數(shù)的線段（I段），以及另外73%匝數(shù)的線段由兩根導(dǎo)線并繞而成兩組（Ⅱ段、Ⅲ段）。Ⅱ段、Ⅲ段導(dǎo)線的截面約為I段導(dǎo)線截面的一半。小容量時(shí)3段全部串聯(lián)，大容量時(shí)Ⅱ段、Ⅲ段并聯(lián)后再與I段串聯(lián)。當(dāng)變壓器由大容量調(diào)為小容量時(shí)，高壓繞組由三角形連接變?yōu)樾切芜B接，使得每相電壓降低，同時(shí)低壓繞組由先并聯(lián)后串聯(lián)變?yōu)?段全部串聯(lián)，使得低壓繞組匝數(shù)增加，由于電壓減低與匝數(shù)增加的倍數(shù)相當(dāng)，可以保證電壓比不變，從而達(dá)到調(diào)容的目的。

2 臨界經(jīng)濟(jì)容量計(jì)算

有載調(diào)容變壓器有大、小兩個(gè)容量，首先要解決的是何時(shí)調(diào)整變壓器容量的問題，即如何確定有載調(diào)容變壓器的臨界經(jīng)濟(jì)容量。目前在實(shí)際工程應(yīng)用中，通常選取調(diào)容變壓器小容量狀態(tài)下額定電流的80%所對(duì)應(yīng)的容量為臨界經(jīng)濟(jì)容量，但這種方法只是憑借經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行選取，并不具有科學(xué)性與合理性。若要合理選取有載調(diào)容變壓器臨界經(jīng)濟(jì)容量，不僅要考慮變壓器的利用率，更要考慮變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。所謂經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式就是指變壓器損耗最小的運(yùn)行方式。

根據(jù)公式以及有載調(diào)容變壓器的性能參數(shù)，可以計(jì)算出不同負(fù)載率時(shí)各容量組合有載調(diào)容變壓器小容量的總功率損耗。將各容量組合小容量方式下的不同負(fù)載率換算成其大容量方式下的負(fù)載率后，即可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的大容量的總功率損耗。表1給出了以小容量方式為基準(zhǔn)的不同負(fù)載率下各容量組合的有載調(diào)容變壓器大、小容量的總功率損耗。

以S11-ZT 500（160）為例，對(duì)其大、小容量在不同負(fù)載率下的總功率損耗繪成曲線圖，如圖2所示。

由圖2可以看出：在小容量負(fù)載率為0.60～0.70之間產(chǎn)生交點(diǎn)，將在此交點(diǎn)處所對(duì)應(yīng)的負(fù)載率記為βLJ。以小容量負(fù)載率為基準(zhǔn)，當(dāng)實(shí)際負(fù)載率β>βLJ時(shí)，有載調(diào)容變壓器在大容量方式下總功率損耗更小，應(yīng)使變壓器切換到大容量狀態(tài)下工作；當(dāng)實(shí)際負(fù)載率β<βLJ時(shí)，有載調(diào)容變壓器在小容量方式下總功率損耗更小，應(yīng)使變壓器切換到小容量狀態(tài)下工作。由此可得出，此交點(diǎn)即為有載調(diào)容變壓器的臨界負(fù)載率，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的變壓器容量即為有載調(diào)容變壓器的臨界經(jīng)濟(jì)容量SLJ。經(jīng)計(jì)算，得出各容量組合的有載調(diào)容變壓器臨界負(fù)載率與臨界經(jīng)濟(jì)容量（見表2）。

3 有功損耗率與負(fù)載率關(guān)系

有功損耗率是指變壓器運(yùn)行時(shí)自身有功損耗占總有功功率的比例。有載調(diào)容變壓器的有功損耗率計(jì)算公式為：

式中：Po為變壓器空載損耗；Pk為變壓器負(fù)載損耗；Se為變壓器額定容量，β為變壓器負(fù)載率；Kt為負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)，一般取1.05；cosφ為功率因數(shù)。

由公式（1）可以看出，變壓器損耗率除了與變壓器自身的技術(shù)參數(shù)有關(guān)以外，還與負(fù)載率和功率因數(shù)有關(guān)。本研究分兩種情況進(jìn)行分析：1） 功率因數(shù)相同，不同變壓器容量在各負(fù)載率下的情況。以小容量負(fù)載率為基準(zhǔn)，由前述計(jì)算可知，各種容量等級(jí)的變壓器臨界負(fù)載率均在0.60～0.65之間，此時(shí)對(duì)應(yīng)的大容量負(fù)載率約為0.20。因此在大容量負(fù)載率不大于0.20時(shí)，使用小容量的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算；在大容量負(fù)載率大于0.20時(shí)，使用大容量的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算（同樣適用于后面變壓器效率計(jì)算中）。由此，取功率因數(shù)為0.90，根據(jù)公式（1）計(jì)算500（160），250（80），160（50）這3種容量等級(jí)的調(diào)容變壓器在大容量不同負(fù)載率下的有功損耗率，得出的結(jié)果繪成曲線圖，如圖3（a）所示。由圖3（a）可以看出，不同容量等級(jí)的調(diào)容變壓器均在大容量負(fù)載率為0.20時(shí)有功損耗率最低，并且容量等級(jí)越高，其有功損耗率越低。2） 變壓器容量等級(jí)相同，不同功率因數(shù)在各負(fù)載率下的情況。以SZ11-ZT 500（160）為例，功率因數(shù)分別取0.90，0.85，0.80，根據(jù)公式（1）計(jì)算調(diào)容變壓器在大容量不同負(fù)載率下的有功損耗率，得出的結(jié)果繪成柱狀圖，如圖3（b）所示。由圖3（b）可以看出，在調(diào)容變壓器容量等級(jí)不變的情況下，功率因數(shù)越大，有功損耗率越低。

4 效率特性對(duì)比分析

變壓器的效率是指變壓器輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，其公式為：

以SZ11-M-T 315（100）和S11型額定容量為315 kVA的配電變壓器為例，取功率因數(shù)為0.90計(jì)算兩種變壓器在不同負(fù)載率下的效率，得出的結(jié)果繪成柱狀圖，如圖4所示。由圖4可以看出，SZ11-M-T 315（100）型有載調(diào)容變壓器在負(fù)載率為0.20時(shí)效率最高，S11型配電變壓器在負(fù)載率為0.30～0.40時(shí)效率最高。并且在功率因數(shù)相同的情況下，SZ11-M-T 315（100）型有載調(diào)容變壓器效率均高于S11型配電變壓器。

5 結(jié)論

本研究提出的對(duì)臨界經(jīng)濟(jì)容量的計(jì)算方法，克服了以往對(duì)有載調(diào)容變壓器進(jìn)行調(diào)容時(shí)憑借經(jīng)驗(yàn)值的盲目性，按照此方法進(jìn)行容量調(diào)節(jié)，可以使變壓器一直工作在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式下。通過分析可知，有載調(diào)容變壓器在負(fù)載率為0.20時(shí)有功損耗率最低、效率最高。在功率因數(shù)不變的條件下，變壓器容量等級(jí)越高，有功損耗率越低、效率越高；在容量等級(jí)不變的條件下，功率因數(shù)越大，有功損耗率越低、效率越高；在功率因數(shù)與容量等級(jí)均相同的條件下，SZ11-M-T型有載調(diào)容變壓器的效率均高于S11型變壓器。

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