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        變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理與分析

        2018-10-11 01:30:34陳小瑞
        機(jī)電工程技術(shù) 2018年8期
        關(guān)鍵詞:臨界點(diǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行變電所

        陳小瑞

        (山西西山熱電有限責(zé)任公司,山西太原 030022)

        0 前言

        現(xiàn)階段,為了能夠進(jìn)一步改善變壓器設(shè)備運(yùn)行情況,從而確保變壓器的損耗可以得以降低,很多學(xué)者對(duì)于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行開展了研究。在電力行業(yè)不斷發(fā)展的過程中,變電所的變壓器數(shù)量也有所增加,而且變壓器的容量同樣也隨之加大,也導(dǎo)致了變電所之中不同變壓器的容量不一致,而且相關(guān)技術(shù)參數(shù)同樣有一定差異[1]。所以,在變壓器具體運(yùn)行時(shí)便會(huì)面臨選擇哪一臺(tái)變壓器作為備用變壓器。這對(duì)這一情況,怎樣確保變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,確保變壓器運(yùn)行時(shí)的損耗值最小,這是確保變壓器裝置得以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。現(xiàn)階段,變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作中依舊存在不少的問題,其中最為突出的問題為:

        (1)工作人員對(duì)于變壓器的利用率認(rèn)識(shí)有誤區(qū),很多工作人員都認(rèn)為只要是確保變壓器擁有較高利用率,則便能保證變壓器的損耗降低,便能夠使得變壓器運(yùn)行中更加經(jīng)濟(jì),基本上都是以利用率對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷。

        (2)未能采用科學(xué)計(jì)算的方法開展變壓器管理工作,比如,若是其中一臺(tái)變壓器可以承擔(dān)所有負(fù)載,則通常情況下便將另外一臺(tái)變壓器停運(yùn)。要是其中一臺(tái)較小容量的變壓器能夠滿足負(fù)載要求,則便不會(huì)使用相對(duì)大容量的變壓器[2]。

        因此,應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原理加以分析,通過科學(xué)的計(jì)算去取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)方法,以確保變壓器能夠更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。

        1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理

        1.1 變壓器運(yùn)行原理

        變壓器裝置的工作原理:變壓器的原繞組在有交流電通過情況下,在鐵芯之中形成相應(yīng)的交變磁通,依照電磁感應(yīng)相關(guān)原理,原繞組以及副繞組均會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),此時(shí)在副繞組之中所出現(xiàn)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)其功能和負(fù)載電源功能一樣。如此,利用變壓器裝置就能夠把電能由原繞組而傳遞至負(fù)載電路之中。電能傳遞的具體流程是:交流電流i1通過原繞組時(shí),會(huì)激發(fā)繞組中的鐵芯形成相應(yīng)的交變磁通[3]。因?yàn)樵@組和副繞組均套于相同鐵芯部件之上,那么在鐵芯之中所形成的交變磁通會(huì)交聯(lián)原繞組和副繞組,會(huì)在原繞組和副繞組之中形成具有同一頻率值的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1與e2,此時(shí),副繞組之中形成的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2充當(dāng)了負(fù)載電路中的電源,并且會(huì)在回路之中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的電流i2,為負(fù)載運(yùn)行提供電能。若是原繞組或者副繞組變化,則副繞組產(chǎn)生的電壓也將以一定比例發(fā)生變化,變壓器能夠改變電流或是電壓大小,但是卻無法改變頻率大小[4]。

        1.2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題提出

        變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指采用一定方法選用最佳的運(yùn)行模式,有效調(diào)節(jié)不同電壓器運(yùn)行負(fù)載,確保輸電量保持不變,讓變壓器的能耗可以將至最小。在輸配電系統(tǒng)之中,涉及各種型號(hào)以及各種容量的變壓器裝置,及時(shí)在同一個(gè)變電所之中,變壓器一般也有多臺(tái),而且還會(huì)有備用變壓器,而對(duì)于相同的負(fù)載而言,變壓器有了不同運(yùn)行模式,在這些運(yùn)行模式之中,其所對(duì)應(yīng)的能耗也有所差異,也必定存在某種運(yùn)行模式下變壓器能耗最低[5]。這種情況下則會(huì)出現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題,也就是要求在變壓器運(yùn)行的過程中,要選用最佳的運(yùn)行方式。

        2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理分析

        變壓器運(yùn)行方式將直接影響到變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,變壓器最優(yōu)的運(yùn)行方式是確保變壓器損耗盡可能低。在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式確定過程中,又可以采用動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析方法以及靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析方法[6]。靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析是在變壓器具體運(yùn)行過程中,依照設(shè)定的負(fù)載情況,而選擇損耗最小運(yùn)行方式,若是負(fù)載發(fā)生波動(dòng),此時(shí)變壓器的運(yùn)行方式依舊維持不變。動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析是依照變壓器負(fù)載不斷波動(dòng)情況,而及時(shí)調(diào)節(jié)運(yùn)行方式,確保損耗得以最大限度的降低。關(guān)于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原理非常多,以臨界點(diǎn)劃分方法為例進(jìn)行分析。

        2.1 臨界點(diǎn)劃分方法原理

        在變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析之中,臨界點(diǎn)劃分方法屬于較為基礎(chǔ)的分析方法,同時(shí)也是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間進(jìn)行劃分時(shí)常用的分析方法,其原理是對(duì)各個(gè)變壓器損耗曲線交點(diǎn)進(jìn)行求解,從而得到負(fù)載臨界點(diǎn),再依照不同的臨界點(diǎn)而劃分各個(gè)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū),不同經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)之中所設(shè)定的運(yùn)行方式也有所差異,從而保證變壓器的損耗能夠?qū)⒅磷畹蚚7]。

        例如,兩臺(tái)參數(shù)不一致的A變壓器以及B變壓器,分別計(jì)算得到SA-B、SA-AB、SB-AB,其分別代表不同變壓器運(yùn)行狀態(tài)下功率損失曲線的交點(diǎn),如圖1所示。

        圖1 變壓器參數(shù)不一致時(shí)臨界點(diǎn)劃分

        基于此將變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式劃分為3種不同類型:

        (1)若是S<SA-B的情況下,則投入運(yùn)行A變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式;

        (2)若是SA-B<S<SB-AB的情況下,則投入運(yùn)行B變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式;

        (3)若是S>SB-AB的情況下,則A變壓器和B變壓器并列運(yùn)行是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

        從圖1所示對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間能夠得出,臨界點(diǎn)劃分方法的分析思路非常清晰,而且也便于工作人員理解,僅需要計(jì)算得到臨界負(fù)載值,即可以輕松找到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間。此種方法不僅能夠應(yīng)用在靜態(tài)分析過程中,同時(shí)還能夠應(yīng)用到動(dòng)態(tài)分析過程中。

        2.2 基于臨界點(diǎn)劃分方法的靜態(tài)分析

        某變電所擁有兩臺(tái)參數(shù)不一致的變壓器,變壓器所對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示。

        則能夠得出其所對(duì)應(yīng)的功率損耗曲線,如圖2所示。

        表1 某變電所中兩臺(tái)變壓器對(duì)應(yīng)參數(shù)

        這種情況下,針對(duì)負(fù)載的不同能夠準(zhǔn)確確定變壓器對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式:

        圖2 變壓器臨界點(diǎn)

        (1)若是S<11.7MVA的情況下,則投入運(yùn)行A變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式;

        (2)若是11.7MVA<S<28.6MVA的情況下,則投入運(yùn)行B變壓器是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式;

        (3)若是S>28.6MVA的情況下,則A變壓器和B變壓器并列運(yùn)行是最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。

        現(xiàn)在假定在一天中負(fù)載的變化情況一共有以下3種:負(fù)載值分別是8.5 MVA、15.6 MVA、35 MVA,則依照相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,便可以計(jì)算得到相應(yīng)的損耗值,具體結(jié)果如表2所示。

        表2 負(fù)載變化是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式和對(duì)應(yīng)損耗

        依據(jù)靜態(tài)分析方法,在變壓器的運(yùn)行階段其運(yùn)行方式不會(huì)出現(xiàn)改變,僅僅采用同一種方式運(yùn)行,所以其損耗值在設(shè)定的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式之下不會(huì)發(fā)生改變,也就是說變壓器無法確保任何時(shí)間段內(nèi)均處于最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)之下,有時(shí)還會(huì)發(fā)生超負(fù)荷運(yùn)行或者是低負(fù)荷運(yùn)行的問題。針對(duì)該變電站的變壓器運(yùn)行包含有3種不同模式,而有A變壓器在處于第三段負(fù)荷情況下將會(huì)處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),所以只能夠采用后兩種運(yùn)行模式。計(jì)算得出這兩種模式下所對(duì)應(yīng)的能耗值,結(jié)果如表3所示。

        表3 變壓器各個(gè)運(yùn)行模式下對(duì)應(yīng)能耗值

        最優(yōu)運(yùn)行模式即是變壓器在不同時(shí)間之中采取與之相對(duì)應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式運(yùn)行,這種情況下的能耗值僅僅為1149kWh。所以能夠得出,通過靜態(tài)方式對(duì)變壓器進(jìn)行控制,僅僅可以保證變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間內(nèi)達(dá)到最優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo),當(dāng)處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間之外,則將導(dǎo)致?lián)p耗有所增加,無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)。所以,對(duì)于一些負(fù)載存在較大波動(dòng)的變壓器來說,采用靜態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式依舊無法真正的解決經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題。

        2.3 基于臨界點(diǎn)劃分方法的動(dòng)態(tài)分析

        在變壓器的具體運(yùn)行過程中,負(fù)載情況一般都是不斷發(fā)生改變的。要想確保變壓器能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行目標(biāo),應(yīng)當(dāng)實(shí)時(shí)對(duì)負(fù)載值進(jìn)行監(jiān)控,同時(shí)將其和臨界值加以比較,依照實(shí)際負(fù)載具體大小,實(shí)時(shí)調(diào)整變壓器運(yùn)行情況,及時(shí)進(jìn)行投切操作,從而確保變壓器一直處在最佳的運(yùn)行狀態(tài)。此時(shí)則需要應(yīng)用到動(dòng)態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析[8]。

        例如,對(duì)于上述所提到的A變壓器與B變壓器而言,若是該變電所之中全天的負(fù)載波動(dòng)劃分成為5個(gè)不同的時(shí)間區(qū)段,變壓器相應(yīng)的運(yùn)行方式如表4所示。

        在不同的時(shí)間區(qū)段之中,變壓器的負(fù)載情況也不一樣,則此時(shí)變壓器具體運(yùn)行模式也要改變,這樣才能確保變壓器一直處于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),具體的切投操作為:

        (1)T1~T2時(shí)間區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運(yùn)而A變壓器運(yùn)行;

        (2)T2~T3區(qū)段變壓器切投為B變壓器投入運(yùn)行;

        (3)T3~T4區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運(yùn);

        (4)T4~T5時(shí)間區(qū)段變壓器切投為A變壓器停運(yùn)而B變壓器投入運(yùn)行。

        表4 各個(gè)負(fù)載區(qū)段變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式

        4 結(jié)語

        通過上述分析可知,只要變電所的負(fù)載值在變壓器容量范圍之中,不管是負(fù)載如何改變,僅僅對(duì)負(fù)載具體數(shù)值和臨界負(fù)載值加以比較,即能夠決定具體的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式,從而進(jìn)行適當(dāng)?shù)那型恫僮?,確保變壓器組能夠一直處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū),這樣會(huì)保證變壓器運(yùn)行過程中的能耗顯著降低,而且能夠?qū)o態(tài)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式下?lián)p耗較大這一缺點(diǎn)加以糾正,具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

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