楊祝山

摘 要：山鋼股份萊蕪分公司焦化廠動(dòng)力車(chē)間1#變電站2臺(tái)變壓器目前采用分列運(yùn)行方式，針對(duì)變壓器負(fù)載率在70%左右時(shí)運(yùn)行最為節(jié)能的說(shuō)法，作者通過(guò)大量的計(jì)算，計(jì)算出變壓器兩種運(yùn)行方式的損耗情況，通過(guò)計(jì)算對(duì)比得出1#變電站2臺(tái)變壓器分列運(yùn)行是較為節(jié)能，故1#變電站主變還需維持目前分列運(yùn)行的方式。

關(guān)鍵詞：變壓器；損耗；計(jì)算；分列運(yùn)行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.169

我廠1#變電站共有主變兩臺(tái)，型號(hào)為SFZ11-25000/35，運(yùn)行方式為分列運(yùn)行，低壓側(cè)總負(fù)載電流約為1800A。通過(guò)兩種計(jì)算方式，比較此兩臺(tái)變壓器兩種運(yùn)行方式（分列運(yùn)行、單臺(tái)運(yùn)行）的損耗情況，確定出較為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

1 簡(jiǎn)單算法

變壓器損耗主要包含兩方面：

空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數(shù)的次方成正比。渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。

負(fù)載損耗，主要是負(fù)載電流通過(guò)繞組時(shí)在電阻上的損耗，一般稱(chēng)銅損。其大小隨負(fù)載電流而變化，與負(fù)載電流的平方成正比；

負(fù)載損耗還受變壓器溫度的影響，同時(shí)負(fù)載電流引起的漏磁通會(huì)在繞組內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產(chǎn)生雜散損耗。

變壓器損耗=空載損耗+負(fù)載損耗

空載損耗供料=16.4kW（變壓器名牌）

負(fù)載損耗=I2R=94.15kW（變壓器名牌，此為滿負(fù)荷損耗）

由負(fù)載損耗可以推算出R=94.15/ I2=1.8*10-5（I=2291A）

主變分列運(yùn)行時(shí)，電流按照900A計(jì)算，則單臺(tái)變壓器損耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+900*900*1.8*10-5=30.98 kW，兩臺(tái)變壓器共計(jì)損耗=2*30.98 kW=61.96 kW

單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)，電流按照1800A計(jì)算，則主變損耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+1800*1800*1.8*10-5=74.72 kW

由此可以看出主變分列運(yùn)行時(shí)的損耗要小于單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)的損耗，故維持目前主變分列運(yùn)行方式較為節(jié)能。

2 正式計(jì)算

變壓器損耗計(jì)算公式 ：

（1）有功損耗：ΔP=P0+KT*PK* β平方

（2）無(wú)功損耗：ΔQ=Q0+KT*QK* β平方

（3）綜合功率損耗：ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ

式中：

P0——-空載損耗（kW） =16.4

PK——-額定負(fù)載損耗（kW）= 94.15

Q0——-空載無(wú)功損耗（kvar） Q0≈I0%Se =0.0016*25000=40

QK——-額定負(fù)載漏磁功率（kvar）

QK≈UK%Se

I0%——變壓器空載電流百分比。

UK%——短路電壓百分比（變壓器的短路阻抗百分比，在數(shù)值上與變壓器短路電壓百分比相等 ）=0.0791=0.08

KT——-負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù) （≈1.05）

KQ——-無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kW/kvar）

一級(jí)變壓KQ取0.02～0.04，二級(jí)變壓KQ取0.05～0.07，三級(jí)變壓KQ取0.08～0.10 （1#變電站主變按照一級(jí)變壓器取KQ=0.03）

β ——-平均負(fù)載系數(shù) （β=S/Se）

S--運(yùn)行時(shí)負(fù)荷容量（kVA）=8571 kVA（1#主變運(yùn)行容量，1月13日10時(shí)數(shù)據(jù)）

Se--變壓器容量（kVA）=25000 kVA（名牌數(shù)據(jù)）

主變分列運(yùn)行時(shí)，單臺(tái)變壓器損耗：

ΔP=P0+KT*PK*β2=16.4+1.05*94.15*（8571/25000）2=16.4+99*0.1156

=16.4+11.4=27.8

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（8571/25000）2=40+242.76=282.76

變壓器綜合功率損耗：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =27.8+0.03*282.76=36.28

主變分列運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)變壓器損耗=2*ΔPZ=72.56

按照如上計(jì)算，主變單臺(tái)運(yùn)行時(shí)損耗為：

ΔP=P0+KT*PK* β2=16.4+1.05*94.15*（2*8571/25000）2=16.4+99

*0.47=16.4+46.53=62.93

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（2*8571/25000）2=40+987=1027

主變單臺(tái)運(yùn)行時(shí)損耗為：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =62.93+0.03*1027=93.74

可以看出，主變單臺(tái)運(yùn)行功率損耗要大于主變分列運(yùn)行時(shí)的損耗，故1#變電站主變宜維持目前分列運(yùn)行方式。

3 結(jié)論

空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù)，它不隨變壓器負(fù)載的變化而變化。而負(fù)載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據(jù)P=I2R故Pf與負(fù)載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個(gè)固定參數(shù)，它們由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說(shuō)明書(shū)提供，故變壓器損耗主要受負(fù)荷變化影響的銅耗決定。

1#變電站兩臺(tái)主變分列運(yùn)行時(shí)，雖然增加了一臺(tái)變壓器的空載損耗（16.4），但分列運(yùn)行可使負(fù)載損耗大大降低（2*I2R （主變分列運(yùn)行）=29.16，I2R（主變單臺(tái)運(yùn)行）=58.32），綜合考慮，主變分列運(yùn)行較為節(jié)能。

（1）小結(jié)：假設(shè)變壓器分列運(yùn)行帶全部負(fù)荷時(shí)，兩臺(tái)變壓器運(yùn)行電流分別為I，則變壓器單臺(tái)運(yùn)行帶全部負(fù)荷時(shí)運(yùn)行電流為2I。

變壓器分列運(yùn)行帶全部負(fù)荷時(shí)，變壓器損耗=2*Pt+2*Pf=2* Pt +2* I2R（空載損耗Pt變壓器固有參數(shù)）

變壓器單臺(tái)運(yùn)行帶全部負(fù)荷時(shí)，變壓器損耗=Pt+Pf=Pt + （2I）2R= Pt +4I2R

由上可推出：變壓器分列運(yùn)行時(shí)，若運(yùn)行電流I2= Pt/2R（R為變壓器固有參數(shù)，可以計(jì)算出）時(shí)，運(yùn)行方式對(duì)變壓器是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無(wú)影響；若運(yùn)行電流I2〈 Pt/2R時(shí)，則單臺(tái)變壓器運(yùn)行較為節(jié)能，反之，則分列運(yùn)行較為節(jié)能。

（2）結(jié)論：1）變壓器負(fù)荷率在70%左右，變壓器運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)的說(shuō)法，應(yīng)該是設(shè)計(jì)初期考慮的問(wèn)題，變壓器投產(chǎn)后，運(yùn)行方式對(duì)變壓器是否經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的影響，應(yīng)該通過(guò)計(jì)算得出，而不僅僅考慮負(fù)荷率的因素。2）通過(guò)兩種算法都可以看出：1#變電站主變分列運(yùn)行時(shí)的損耗要小于單臺(tái)主變運(yùn)行時(shí)的損耗，再考慮安全穩(wěn)定運(yùn)行因素，1#變電站兩臺(tái)主變宜維持目前分列運(yùn)行方式。