電力變壓器作為電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域。由于變壓器的工作原理和制造水平，在輸送電能的同時(shí)必然存在電能損耗，但這并不是說(shuō)變壓器的電能損耗是不可減少，通過(guò)調(diào)整負(fù)載和選取最佳運(yùn)行方式來(lái)發(fā)揮變壓器效能，降低變壓器損耗。變壓器在變換電壓等級(jí)和傳遞電能的過(guò)程中自身會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗，因?yàn)樽儔浩鞯募夹g(shù)特性，變壓器的有功功率損耗隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生非線(xiàn)性的變化，因此必須根據(jù)變壓器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)合理地選擇運(yùn)行方式，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，才能達(dá)到節(jié)約電能的目的。

電力變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是某石化企業(yè)電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要組成部分。隨著全廠(chǎng)供電負(fù)荷中心轉(zhuǎn)移至熱電站，總開(kāi)閉所現(xiàn)有4臺(tái)6kV/380V 變壓器負(fù)載率在0.03～0.21之間，這為開(kāi)展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作提供了空間。本文就總開(kāi)閉所廠(chǎng)用變壓器效率進(jìn)行核算并提出優(yōu)化方案。

1 變壓器損耗和效率曲線(xiàn)

變壓器的損耗分為兩部分：第一部分為變壓器的鐵芯損耗、又稱(chēng)空載損耗或鐵耗，它與負(fù)荷大小無(wú)關(guān)，只與變壓器容量的大小和電壓有關(guān)，也稱(chēng)為固定損耗或不變損耗，用ΔP0表示；第二部分為短路損耗、又稱(chēng)為銅耗，它與負(fù)荷大小有關(guān)，又稱(chēng)為可變損耗，用ΔPK表示。雙繞組變壓器的有功損耗為：

式中為變壓器額定容量，S為變壓器通過(guò)的視在功率。若有兩臺(tái)雙繞組變壓器并列運(yùn)行，則總有功損耗為：

變壓器所帶負(fù)載功率為P，則有公式

通常變壓器所帶負(fù)載功率因數(shù)取為0.8。常年處于輕載或過(guò)載運(yùn)行的變壓器都屬于不經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，負(fù)載率公式：

理論推導(dǎo)證明，運(yùn)行中的 變壓器的實(shí)際銅耗ΔPK等于鐵耗ΔP0時(shí)，變壓器的效率最高，損耗最低，此時(shí)的效率稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)負(fù)載率，用βmax表示，其表達(dá)式為：

圖1為變壓器效率曲線(xiàn)。當(dāng)負(fù)載率β 在0～β2max間變化時(shí)，效率η 在（0～ηN）間隨β的增加而急劇增加，并有相對(duì)較低的運(yùn)行效率。當(dāng)β 在β2max～1.0間變化時(shí)，η 在（ηN～ηmax）間隨β的增加而緩慢變化，并有相對(duì)較高的運(yùn)行效率。

圖1 變壓器效率曲線(xiàn)

2 優(yōu)化運(yùn)行方案

總開(kāi)閉所四臺(tái)廠(chǎng)用變壓器設(shè)備參數(shù)如下：1#、2#變壓器。SCB8-800/6.3，ΔP0=1.740kW，ΔPK=7.867kW；3#、4#變壓器。SCB8-1000/6，ΔP0=1.608kW，ΔPK=8.596kW。其中1#、2#變壓器接于總開(kāi)閉所主6kV室，其負(fù)載為4#、5#發(fā)電機(jī)輔機(jī)和水務(wù)中心精處理裝置電動(dòng)機(jī)。3#、4#變壓器接于廠(chǎng)用6kV室，其負(fù)載為1#發(fā)電機(jī)輔機(jī)和主控制室電源（圖2）。

表1 廠(chǎng)用變壓器有功損耗及經(jīng)濟(jì)負(fù)載率

圖2 總開(kāi)閉所廠(chǎng)用變壓器及系統(tǒng)運(yùn)行方式示意圖

通過(guò)企業(yè)的SMES3.0系統(tǒng)調(diào)取總開(kāi)閉所變壓器供電數(shù)據(jù)，分析計(jì)算得出各臺(tái)變壓器平均功率分別為P1#=25kW，P2#=133kW，P3#=25kW，P4#=27kW。根據(jù)公式（1）、（3）、（4）、（5）計(jì)算出廠(chǎng)用變壓器有功損耗及經(jīng)濟(jì)負(fù)載率（表1）。根據(jù)公式（1）、（2）和變壓器各項(xiàng)參數(shù)，繪制出變壓器有功功率損耗與視在功率曲線(xiàn)（圖3）。

圖3 變壓器有功功率損耗與視在功率曲線(xiàn)

通過(guò)以上分析可看出：四臺(tái)變壓器負(fù)載率都遠(yuǎn)低于其經(jīng)濟(jì)負(fù)載率，且四臺(tái)變壓器總視在功率為262.500kVA，小于四臺(tái)變壓器中任一臺(tái)變壓器的額定容量；3#變壓器有功損耗曲線(xiàn)總在1#變壓器有功曲線(xiàn)下方，即無(wú)論負(fù)載S為何值，3#變壓器有功損耗總比1#變壓器有功損耗??；在相同負(fù)載S且小于625kVA情況下，3#或4#單臺(tái)變壓器有功損耗小于3#、4#變壓器并聯(lián)的有功損耗，在相同負(fù)載S且大于625kVA情況下，3#或4#單臺(tái)變壓器有功損耗大于3#、4#變壓器并聯(lián)的有功損耗。

為了達(dá)到變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少有功損耗，提高負(fù)載率，提出如下運(yùn)行方案：將原1#、2#變壓器所帶負(fù)荷分別轉(zhuǎn)移至3#、4#變壓器，3#、4#變壓器低壓側(cè)之間通過(guò)母聯(lián)連接，在變壓器保護(hù)施耐德S40中設(shè)置備自投程序，平時(shí)兩臺(tái)變壓器一用一備，提高系統(tǒng)安全性（圖4）。

圖4 總開(kāi)閉所優(yōu)化后廠(chǎng)用變壓器及系統(tǒng)運(yùn)行方式示意圖

根據(jù)公式（4）計(jì)算出3#變壓器帶整個(gè)低壓負(fù)荷時(shí)，負(fù)載率β為0.263，介于0.187～0.433之間，具有相對(duì)較高的運(yùn)行效率；根據(jù)公式（1）計(jì)算出有功損耗為ΔP2.2kW，原運(yùn)行方式下有功損耗ΔP為7.066kW，減少損耗為7.066-2.200=4.866kW，年節(jié)約4.866×24×365=42626.16kWh，減少電能損耗明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)總開(kāi)閉所廠(chǎng)用變壓器效率進(jìn)行核算并提出優(yōu)化運(yùn)行方案，盡管變壓器的損耗在變壓器負(fù)荷中所占比例較小，但石油化工企業(yè)的運(yùn)行性質(zhì)是連續(xù)生產(chǎn)24小時(shí)不間斷，所以變壓器運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，故累計(jì)降損節(jié)能效果明顯。從某石化企業(yè)來(lái)看，全廠(chǎng)6kV電壓等級(jí)以上變壓器有207臺(tái)，近四分之一處于低負(fù)載率運(yùn)行，存在巨大的節(jié)電潛能。因此，開(kāi)展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作是該企業(yè)電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的一個(gè)重要組成部分。

開(kāi)展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍很廣，辦法很多，節(jié)電效果也很好。首先是充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件，通過(guò)詳細(xì)分析和嚴(yán)密計(jì)算，選擇技術(shù)參數(shù)好的變壓器和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行；其次通過(guò)加強(qiáng)供電的科學(xué)管理來(lái)實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。