加強(qiáng)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理有效降低線路損耗的分析

國(guó)家電力事業(yè)的迅速發(fā)展和電網(wǎng)建設(shè)與改造的深入，電力用戶對(duì)變壓器的要求越來越高，對(duì)電力變壓器的性能水平也有了更新的要求。電力變壓器是應(yīng)用極為廣泛的電器設(shè)備，從發(fā)電、供電直到用電，一般需經(jīng)過5次變壓過程，每次變壓都要產(chǎn)生一定電能損耗。由于變壓器臺(tái)數(shù)多，總?cè)萘看螅栽陔娏ο到y(tǒng)中，變壓器的總損耗約占總發(fā)電量的8%。對(duì)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起到關(guān)鍵的作用。因此，對(duì)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的研究具有重要的意義。

變壓器運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生損耗。就是變壓器輸入功率與輸出功率之間的差值，基本上可分為銅損和鐵損兩類。銅損是負(fù)載電流流過繞組時(shí)所產(chǎn)生的直流電阻損耗和磁場(chǎng)引起的電流集膚將產(chǎn)生的損耗。其大小可近似認(rèn)為等于負(fù)載損耗，因此為可變損耗。鐵損與變壓器鐵芯中的磁滯和渦流以及鐵芯磁通密度的幅值有關(guān)。可近似看作與磁通密度成正比。由于變壓器的鐵芯磁通密度只與變壓器的一次外施放勵(lì)磁電壓有關(guān)，只要外施一次電壓的大小一定，磁通密度幾乎與負(fù)載無關(guān)，故鐵損的大小也與一次電壓比成正比，并且基本保持不變，因此為不變損耗。

一、變損耗的方式

1、兩臺(tái)雙繞組變壓器運(yùn)行

以下分析和計(jì)算，都是假定兩臺(tái)變壓器滿足并列運(yùn)行的三個(gè)基本條件:a、變壓器已并列運(yùn)行但沒有負(fù)荷，即兩臺(tái)變壓器均空載時(shí)，變壓器之間沒有環(huán)流;b、帶負(fù)載之后，兩臺(tái)變壓器能夠按自身的容量合理地分擔(dān)負(fù)載，使其均能最大程序的合理應(yīng)用;c、兩臺(tái)變壓器所分擔(dān)的負(fù)載電流均最小，每臺(tái)變壓器的銅耗為最小，運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，銅耗將大于鐵耗，此時(shí)若不投入另一臺(tái)變壓器，負(fù)荷繼續(xù)增加時(shí)運(yùn)行就不經(jīng)濟(jì)了，當(dāng)一臺(tái)變壓器的銅耗等于兩臺(tái)的損耗時(shí)，投入另一臺(tái)變壓器，就有可能達(dá)到新的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。結(jié)于本來運(yùn)行在經(jīng)濟(jì)點(diǎn)的變壓器，當(dāng)負(fù)荷減小時(shí)，也就離開了經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。當(dāng)負(fù)荷減小到兩臺(tái)變壓器的銅耗比一臺(tái)的鐵耗還小時(shí)，可以切除一臺(tái)運(yùn)行，使損耗增加，變壓器重新回到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)。

2、合理安排運(yùn)行方式

(2.1)適當(dāng)提高電網(wǎng)的運(yùn)行電壓:對(duì)于變壓器最好通過相應(yīng)的改變分接開關(guān)來實(shí)現(xiàn)提高變壓器運(yùn)行水平，功率損耗和電能損耗等目的，因?yàn)楫?dāng)加在變壓器電壓高于變壓器分接開關(guān)的額定電壓時(shí)，雖然變壓器繞組中的銅損減少，但是，由于電壓增加使得變壓器磁通密度增加，鐵損就相應(yīng)地增加了，這樣就降低應(yīng)得的效果。變壓器鐵芯的功率損耗與電壓平方成正比。而線路的導(dǎo)線和變壓器繞組中的功率損耗則與電壓的平方成反比。提高電壓質(zhì)量，向用戶提供合格的電能，同時(shí)也是做好降損工作的需要。若電壓提高1%，則損耗下降約2%。因此，應(yīng)根據(jù)負(fù)荷的變化對(duì)母線電壓適時(shí)調(diào)整，降低電網(wǎng)的電能損耗。

(2.2)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行:因電力負(fù)荷一晝夜內(nèi)變動(dòng)的范圍較大，在選用變壓器容量時(shí)必須滿足各種情況的需要。所以，可以采取多臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行的形式，并根據(jù)負(fù)荷量的大小有選擇的投入運(yùn)行，從而可限制變壓器空載運(yùn)行時(shí)間。根據(jù)負(fù)荷的變化適當(dāng)改變投入運(yùn)行的變壓器臺(tái)數(shù)，可以減少功率損耗。變壓器的Δpo是不隨負(fù)荷變化的，而銅損則是與通過電流的平方成正比的。當(dāng)負(fù)荷小于臨界負(fù)荷時(shí)，減少一臺(tái)運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)之，當(dāng)負(fù)荷大于臨界負(fù)荷時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行較為合理。

3、進(jìn)行電網(wǎng)和變壓器的改造

(3.1)改造迂回線路，消除“卡脖子”現(xiàn)象:電網(wǎng)規(guī)劃是電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)，規(guī)劃不好，就會(huì)出現(xiàn)“卡脖子”現(xiàn)象，使得損耗增加。因此，需對(duì)迂回供電，卡脖子的線路進(jìn)行改造，制定合理的電網(wǎng)規(guī)劃，確保電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

(3.2)電網(wǎng)布置方式不同，電能損失和電壓損失有很大的差異。電源應(yīng)盡量布置在負(fù)荷中心，這樣，可將較大的電流通過較短的導(dǎo)線送到用戶，以使線路損耗總最小。對(duì)負(fù)荷密度高，供電范圍大時(shí)，優(yōu)先考慮兩點(diǎn)或多點(diǎn)布置，多點(diǎn)布置有顯著的降損節(jié)能效益，同時(shí)有效地改善了電壓質(zhì)量。對(duì)于安裝有兩臺(tái)變壓器的變電所，工廠、酒店等其他一些公共場(chǎng)所，則應(yīng)根據(jù)變壓器現(xiàn)有的技術(shù)參數(shù)，合實(shí)際負(fù)載情況，選擇合理的變壓器運(yùn)行方式，能夠?qū)崿F(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少變壓器的有功功率損耗。

(3.3)國(guó)際上有許多評(píng)價(jià)變壓器能效的方法，所有的方法都要求比較變壓器價(jià)格及其損耗費(fèi)用。美國(guó)在70年代后期，由于能源價(jià)格的攀升，許多電力公司開始要求所設(shè)計(jì)的變壓器應(yīng)能具有最低的服務(wù)年限費(fèi)用，這樣就產(chǎn)生了總擁有費(fèi)用(TOC)法。TOC法在美國(guó)于1981年發(fā)展成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。按照TOC標(biāo)準(zhǔn)購(gòu)置變壓器一直沿用至今，TOC方法是總和了變壓器的初始費(fèi)用和等價(jià)現(xiàn)值的損耗費(fèi)用，表達(dá)所購(gòu)變壓器全面的綜合費(fèi)用。我們用TOC法曾評(píng)述過配電變壓器S9型與S7型的經(jīng)濟(jì)效益，比較結(jié)果說明了S9變壓器價(jià)格雖高于S7約20%，但損耗指標(biāo)比S7低約21%，S9所多支村的資金可以在2～3年內(nèi)從節(jié)約的損耗電費(fèi)中收回。同樣，用S9變壓器更換80年前的老變壓器產(chǎn)品進(jìn)行效益比較的結(jié)果說明，在只支付S9的設(shè)備費(fèi)不計(jì)老變壓器回收價(jià)值的條件下，S9的資金也可以在2～3年內(nèi)從節(jié)約的損耗電費(fèi)中得到償還。截至1998年底，S7型變壓器及以前的產(chǎn)品已由國(guó)家先后公布淘汰，停止其生產(chǎn)和銷售。隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，以及社會(huì)對(duì)節(jié)能和環(huán)保的需求，我國(guó)變壓器的效率水平將呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)了比S9系列更節(jié)能的產(chǎn)品，如S10、S11系列等。S11系列低損耗配電變壓器設(shè)計(jì)的主導(dǎo)思想是比S9進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)結(jié)構(gòu)，降低空載損耗，提高產(chǎn)品水平。同國(guó)外產(chǎn)品空載損耗指標(biāo)比較:比日本東芝變壓器空載損耗降低39%，比意大利變壓器空載損耗降低39.6%。因此，我國(guó)目前生產(chǎn)的S11卷鐵心配電變壓器在空載損耗方面在國(guó)際上具有領(lǐng)先地位。

(3.4)盡量降低電力變壓器的能耗是變壓器制造行業(yè)潛心研究的重要課題。高損耗變壓器的改造，主要是為了節(jié)能。由于配電變壓器的負(fù)載率低，空載損耗占總損耗的70%。

以上，所以對(duì)其改造以降低空載損耗為主。對(duì)作為主變的電力變壓器的改造，則以降低負(fù)載損耗為主。但是，在兩種情況下，均要使其總損耗接近或達(dá)到低損耗的要求。改造方法分為保留鐵心改造和更換鐵心改造兩大類。

二、提高變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的措施

通過上述分析可以看出，可以提高變壓器的運(yùn)行效率，降耗節(jié)能，采取下述措施:

1、把好變壓器的選擇關(guān)。盡管變壓器的效率很高，但由于容量和數(shù)量很大，總損耗還是很大，最多能占到線路總損耗的20%。所以，選用優(yōu)質(zhì)低損耗節(jié)能型變壓器，進(jìn)一步提高效率，是降損節(jié)能的重要舉措。

2、同一變電站內(nèi)兩臺(tái)主變技術(shù)參數(shù)盡可能一致，滿足并列運(yùn)行條件，防止兩變之間環(huán)流出現(xiàn)。同一變電站內(nèi)并列運(yùn)行的兩臺(tái)主變其容量比一般不超過3:1，降低變壓器額外損耗。

3、當(dāng)型號(hào)和容量不同的變壓器并列運(yùn)行時(shí)，可根據(jù)變壓器的不同運(yùn)行方式下，引導(dǎo)有功損耗和負(fù)載分配情況事先做好關(guān)系曲線，不同負(fù)荷下該投入的臺(tái)數(shù)，可通過查找曲線的方法獲得。

4、合理選擇導(dǎo)線截面，線路的能量損耗同電阻成正比，增大導(dǎo)線截面可以減少能量損耗。但當(dāng)線路的導(dǎo)線截面增加時(shí)，線路的建設(shè)投資也增加，而且將增加有色金屬消耗量，導(dǎo)線截面選擇過小，在運(yùn)行時(shí)將在電力網(wǎng)中造成過大的電壓損耗和電能損耗，致使導(dǎo)線接頭處溫度過高，線路末端電壓過低，并導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)難以起動(dòng)等不正常運(yùn)行狀態(tài)。所以導(dǎo)線的截面的選擇首先應(yīng)考慮電壓降，同時(shí)按經(jīng)濟(jì)電流密度來確定導(dǎo)線的截面。結(jié)合發(fā)熱條件，機(jī)械強(qiáng)度等確定導(dǎo)線的規(guī)格。對(duì)電力網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)上的合理性具有重要意義。

降低變壓器的損耗，提高供配電系統(tǒng)效率，是目前世界各國(guó)關(guān)注的問題。在整個(gè)供電系統(tǒng)中，配電變壓器所占比重最大，尤其在農(nóng)村電網(wǎng)中幾乎都是配電變壓器，改進(jìn)其性能，降低損耗指標(biāo)，對(duì)電力系統(tǒng)節(jié)能，提高系統(tǒng)可靠性具有重要的意義。在現(xiàn)有的條件下，利用自身的運(yùn)行環(huán)境，加強(qiáng)運(yùn)行管理，可以大大降低線路損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。