負荷變化與配電變壓器的損耗

摘 要：本文分析了配電變壓器損耗與負荷變化的關系，提出了計算配電變壓器電能損耗時應考慮負荷電流變化及無功損耗影響的觀點。并結合遼陽石化公司芳烴廠的實際，提出了節能降耗的措施并計算了經濟運行后的節能效果。

關鍵詞：變化的損耗；變壓器效率；經濟運行；

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2015）-03-00-02

一、前言

配電變壓器將系統電網的高電壓降壓為配電電壓，大量應用于將配電電壓轉變為低壓電器的用電電壓（380V/220V）。對于數量眾多的配電變壓器來說，變壓器的損耗也是相當驚人的，所以，正確計算變壓器損耗十分重要，有利于正確選擇配電變壓器的容量，提高變壓器的效率和實現經濟運行，即最大限度地減少變壓器的損耗。

二、配電變壓器損耗隨負荷變化而變化

變壓器的損耗分為磁損耗和負載損耗，“磁損耗”就是主磁通Фm在變壓器鐵芯中產生的有功損耗和無功損耗，因為變壓器主磁通只與電壓和頻率有關，與負荷電流無關。通常用變壓器空載試驗來確定其參數空載損耗ΔP0的大小，空載有功損耗又稱為鐵損?！柏撦d損耗”負載電流通過變壓器繞組產生的有功損耗和無功損耗，通常用短路試驗來來確定其短路損耗ΔPd和短路電壓百分比Ud%的大小，短路損耗又稱銅耗，銅耗的數值一般比鐵耗大好幾倍，并且負載損耗與通過變壓器繞組的負荷電流平方成正比變化，所以配電變壓器損耗隨負荷率變化。

配電變壓器運行時，有時通過電流很大，有時很小，有時甚至接近于空載，這時配電變壓器的損耗就更大了。大量的配電變壓器成年運行，積累的損耗相當驚人，所以應采取合理的損耗分析計算方法及相應的減少損耗的措施。

三、計算配電變壓器損耗隨負荷變化的方法

已知負荷曲線計算配電變壓器的損耗已知日負荷曲線，計算一日內配電變壓器電能損耗。其中負載損耗ΔAd與通過變壓器繞組的負荷電流It有關。

⊿Ad=3RTI2t×10-3dt=⊿Pd （It/ Ie）2dt （KWH）

式中：⊿Ad -----一日內變壓器負載損耗

RT -----變壓器繞組的電阻（Ω）

I.e. ------變壓器額定電流 （A）

⊿Pd-----三相變壓器繞組的銅耗（KW）

由于負荷電流I.t 的數學表達式不易寫出，將負荷曲線作成梯形，然后按小時分段考慮計算，即 It dt = I12 + I22 + --------- + I242 = 。

再考慮一日內變壓器的鐵損電量⊿A0 = ⊿P0× 24 （KWH），

配電變壓器日內有功電能損耗為：

⊿A=⊿Ad+⊿A0=〔⊿Pd+⊿P0 （It/Ie）2〕×24（KWH）--------①

⊿P0 ------- 配電變壓器空載損耗（KWH）

計算一天的電量損耗無太大實際意義，還應根據年負荷曲線計算變壓器一年的電能損耗，計算方法同日電能損耗的計算方法，時間應為一年內變壓器實際運行時間的總和。

四、配電變壓器的效率

變壓器的效率指輸出功率P2與輸出功率P1之比，

P1=P2+ΔP

效率η = P1/P2 × 100%

= × 100%

= （1- ）× 100% --②

Pfe ------變壓器鐵損

Pcu ------變壓器銅損

為了簡便起見，計算時作一些假定：

（1）計算P2 時，忽略U2 的變化，即認為：

P2 = U2 I2 cosφ≈ U2NI2N （I2/I2N） cosφ= βSN cosφ

式中，β= I2/I2N 為負載系數。

（2）認為負載時的鐵耗等于額定電壓下的空載損耗P0，即認為從空載到負載磁通基本不便。即

Pfe = P0 = 常數

（3）認為額定負載時的銅耗等于額定電壓下的短路損耗P0 ，即：

Pcu = = β2 Pk

于是效率的公式可以寫成

η=（1-）×100%-③

上式說明，在一定性質的負載情況下（cosφ為一定值），效率隨負荷系數β而變化。取不同的負荷系數β帶入，可得η= f（β）曲線，稱為效率特性，如圖一所示。

當變壓器空載時輸出功率為零，所以，η= 0。負載小時，空載損耗P0 占輸入功率的百分數較大，所以效率很低。負載增加時，由于P0 基本不變，所以P2 增加，η上升，超過某一負載時，短路損耗Pk與β2成正比增大，效率反而下降。這樣，效率有一最大值ηmax 。為求最大效率，將式③ 對β去一階導數，并使之為零，即： = 0

既可求得產生最大效率的條件為：

P0 =β2 PK

或 β= ------ ④

上式說明當不變損耗等于可變損耗時，變壓器的效率達到最大值。

五、變壓器最佳負荷率及經濟運行節能計算

從以上分析可以看出，降低變壓器損耗的技術措施主要有兩點：

（1）提高功率因數cosφ。

（2）停用輕載變壓器，提高變壓器負荷率。

經過電容補償后，功率因數cosφ為一固定值。所以，只能通過經濟運行提高變壓器負荷率來降低變壓器損耗?，F結合遼陽石化公司芳烴廠實際，計算變壓器最佳負荷率及經濟運行節能效果

遼陽石化公司芳烴廠PTA裝置由于市場原因，基本處于停產狀態。裝置配電變壓器B1、B2 、B3、B4負荷很?。ㄗ儔浩黝~定容量的10%左右）。B1、B2互為備用，其中任一臺可帶全負荷；B3、B4互為備用，其中任一臺可帶全負荷。由于這四臺變壓器所帶負荷基本為不重要的三類負荷，所以完全可以停用兩臺，用剩下的兩臺帶全部負荷可以滿足供電要求。

既使變壓器效率最高的負荷率為43.8%，現變壓器負荷率為10%，所以，應提高變壓器負荷率，變壓器的效率將上升。

（二）經濟運行后的節電量計算

變壓器負荷基本在變壓器額定容量的10% 左右。所以，β= 0.1

考慮無功損耗，由式 ①得

四臺變壓器總損耗：325732KWH/年

停用兩臺變壓器，用另兩臺變壓器帶全部負荷后

這時，β= 0.2

經濟運行后，每年節省電量：

325732KWH –86584KWH×2 = 1526564KWH/年

此例可見，經濟運行后，停用兩臺變壓器后，取得的經濟效益還是相當可觀的。

六、結論

根據變壓器的特點，考慮負荷變化的影響，實現經濟運行，對提高變壓器的效率和減少損耗有重要意義。