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        三相不平衡對配網(wǎng)變壓器效率影響分析

        2020-10-21 04:42:04賴哲
        機電信息 2020年11期
        關(guān)鍵詞:配電變壓器運行效率損耗

        摘要:根據(jù)變壓器效率的計算公式,指出降低銅損是提高變壓器效率的關(guān)鍵。針對銅損的兩大組成部分,即繞組的直流電阻損耗及漏磁場引起的渦流損耗,分析了三相不平衡對兩者的影響,得出了三相不平衡度越大,損耗越大的結(jié)論。同時,提出了提高變壓器運行效率的措施,對于配電運維單位做好變壓器的監(jiān)測維護工作有一定的參考價值。

        關(guān)鍵詞:配電變壓器;三相不平衡;運行效率;損耗

        0 引言

        配電變壓器損耗占配網(wǎng)整體損耗的很大一部分,因此降低配電變壓器損耗,使配電變壓器運行在高效率區(qū)段,對于保證配網(wǎng)的經(jīng)濟運行具有舉足輕重的作用。在配電變壓器運行過程中,電壓大小、運行溫度、三相不平衡、負(fù)載功率因數(shù)等都是影響變壓器運行效率的因素,本文將著重分析三相不平衡對變壓器運行效率的影響。

        1 配電變壓器效率計算

        根據(jù)變壓器效率的定義,其計算公式為:

        式中,P1、P2分別為一次側(cè)的輸入功率及二次側(cè)的輸出功率;ΔP為變壓器總損耗,約等于鐵損PFe與銅損PCu之和。鐵損只與變壓器的電壓相關(guān),在正常運行時,電壓可認(rèn)為是基本不變的,因此鐵損可看成是固有損耗,近似于空載損耗。因此,提高變壓器效率主要在于降低銅損大小。

        2 三相不平衡對銅損的影響

        銅損主要由兩部分組成,一是繞組的直流電阻損耗,二是漏磁場在油箱等器件上產(chǎn)生的渦流損耗。其余雜散損耗數(shù)值較小,本文暫不討論。在三相負(fù)荷平衡時,只有很小的漏磁場,故與之相關(guān)的渦流損耗可忽略不計,銅損約等于直流電阻損耗。然而,在三相不平衡時,附加產(chǎn)生的直流電阻損耗、漏磁場增大導(dǎo)致的渦流損耗都需要加以考慮。

        首先討論三相不平衡產(chǎn)生的直流電阻損耗。以配網(wǎng)中常見的Yyn0接線組別分析,其接線圖及零序等值電路如圖1所示。

        假設(shè)變壓器一次側(cè)三相直流電阻均為R1,二次側(cè)三相直流電阻均為R2,則變壓器一次側(cè)的直流電阻損耗為:

        從式(1)可以看出,當(dāng)三相負(fù)載由小變大時,造成的損耗也會隨之增加,跟隨負(fù)載變化而變化的損耗可稱之為負(fù)載損耗。同時,三相不平衡運行也從另一方面產(chǎn)生損耗疊加在負(fù)載損耗之上。從數(shù)學(xué)的角度,在I2 A+I2 B+I2 C最小時,對應(yīng)的必然是三者相等的情況,對應(yīng)實際即是三相平衡的工況。為方便討論,設(shè)算例中R1=1,IA=1,IB=1.3,IC=0.7,可得:

        而三相平衡時,Pk1=1,可以看出,三相不平衡造成了直流電阻損耗的增加。有學(xué)者指出,在更具體的量化計算中,計及兩側(cè)的損耗增加量為:

        繼續(xù)討論漏磁場增大導(dǎo)致的渦流損耗。三相變壓器鐵芯有三柱式、四柱式等形式,配電變壓器一般采用三相三柱的結(jié)構(gòu)形式,這種形式的特點是三相繞組共用鐵芯,零序磁通沒有通道流通,因此零序電流產(chǎn)生的零序磁通在鐵芯中不能形成回路,全都以漏磁通的形式通過鐵芯以外的油箱等器件形成閉合回路。當(dāng)零序磁通穿過回路中的鐵磁材料時,會在材料內(nèi)部感應(yīng)出渦流,進而帶來損耗。簡單來說,即是由零序電流產(chǎn)生的零序損耗。根據(jù)對稱分量法,零序電流為:

        理想情況下,變壓器三相平衡運行時,三相電流的相量和為零,不存在零序電流,也不會產(chǎn)生零序磁通及渦流損耗。但當(dāng)三相出現(xiàn)不平衡時,零序電流也隨之出現(xiàn)并帶來損耗。隨著不平衡程度的增大,零序電流及渦流損耗也會大幅增加。零序損耗可量化為:

        式中,R0是經(jīng)測量得到的零序電阻。

        在相關(guān)團隊試驗研究中,得出了在不同的不平衡度下各類損耗的占比。不同平衡度條件下的各類損耗占比如圖2所示,可以看出,空載損耗始終不變,負(fù)載損耗隨著不平衡度的增加也有一定幅度的增長,而由三相不平衡造成的零序損耗在不平衡度增大的情況下急劇提升,其影響遠(yuǎn)大于其他兩類損耗。

        3 提高配電變壓器運行效率的措施

        基于以上分析結(jié)果,在變壓器設(shè)計、運維等階段,應(yīng)盡量使三相平衡,這是降低變壓器損耗、提高變壓器運行效率的有效方法。具體來說,可以采用以下措施:(1)網(wǎng)架建設(shè)時,6戶以上不宜使用單相供電方式,盡量使用戶用電三相平衡;(2)加強用戶管理,掌握臨時用電客戶的情況,合理分配負(fù)荷;(3)重視無功補償裝置的管理,利用無功補償促進三相平衡;(4)視情況采用相間耦合電抗器對不平衡負(fù)荷進行補償,降低三相不平衡度;(5)重視中性線電流的測量與監(jiān)視,中性線電流作為三相不平衡的直接表征,電流值有異常變化時要立即采取措施;(6)優(yōu)化配電變壓器的設(shè)計及制造工藝,降低渦流損耗;(7)電氣企業(yè)在開展工程建設(shè)時,優(yōu)先采用S11系列等低損耗變壓器。

        4 結(jié)語

        三相不平衡與變壓器運行效率間存在緊密的聯(lián)系,不平衡度越高,變壓器損耗越大,變壓器運行效率就越低。為建設(shè)綠色電網(wǎng),實現(xiàn)降本降耗的目標(biāo),電力企業(yè)應(yīng)采取多種措施使三相負(fù)荷盡量平衡。

        [參考文獻]

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        收稿日期:2020-03-21

        作者簡介:賴哲(1990—),男,廣東茂名人,工程師,研究方向:配網(wǎng)運維。

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