變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析和探討

趙建一（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002）

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析和探討

趙建一
（河南農(nóng)業(yè)大學(xué)，河南 鄭州 450002）

摘 要：本文通過理論推導(dǎo)方式，對單臺變壓器和兩臺相同容量變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)例對某110kV變電站內(nèi)的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)的計算和分析，最后從系統(tǒng)構(gòu)成和實(shí)現(xiàn)方式兩個方面，探討了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：智能電網(wǎng)；節(jié)能降耗；變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

近年來，我國提出建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)的戰(zhàn)略規(guī)劃，特高壓電網(wǎng)發(fā)展迅猛。電網(wǎng)輸電等級不斷提升、網(wǎng)架架構(gòu)日益復(fù)雜、電力設(shè)備向著自動化與智能化方向發(fā)展。變壓器作為電網(wǎng)運(yùn)行的重要元件，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要作用，有必要做好變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制，以推動電網(wǎng)發(fā)展。

一、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行概述

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是結(jié)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化理論、定量計算方法、變壓器實(shí)際運(yùn)行工況的一項理論與實(shí)踐相結(jié)合的綜合技術(shù)，其目的在于挖掘變壓器節(jié)電潛力、優(yōu)化變壓器運(yùn)行方式、降低變壓器損耗。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)質(zhì)在于節(jié)電降耗，優(yōu)選變壓器的運(yùn)行方式、負(fù)載特性、負(fù)荷曲線，實(shí)現(xiàn)變變壓器的最低電能損耗和最高電源側(cè)功率因數(shù)。

二、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)

變壓器在運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生有功功率損耗、無功功率損耗兩部分，各部分計算公式如下：

有功功率損耗：

其中，P0為變壓器的空載損耗，Pk為變壓器的短路損耗，β為負(fù)載系數(shù)，

無功功率損耗：

其中，Q0為變壓器空載電源側(cè)勵磁功率，Qk為變壓器額定負(fù)載下負(fù)載側(cè)勵磁功率。

由此可得變壓器綜合功率損耗：

其中，P0z為變壓器空載時的綜合功率損耗，其值為P0z=P0+KQQ0，KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量；Pkz為變壓器額定負(fù)載下的綜合功率損耗，其值為Pkz=Pk+KQQk，KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量。

2.1 單臺變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

對負(fù)荷為S的單臺變壓器而言，總存在一個經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)，使得變壓器的綜合功率損耗最低。由式（1）和式（2）推出變壓器的綜合負(fù)載損耗率為：即可求得單臺變壓器的最優(yōu)綜合負(fù)載系數(shù)。

2.2 兩臺同容量變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

對容量相同的兩臺變壓器，當(dāng)兩臺變壓器的損耗相等時，可以計算出變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行臨界負(fù)荷。設(shè)有A和B兩臺同容量變壓器，其空載損耗和負(fù)載損耗分別為：P0A、PkA、P0B、PkB，則：

使得△PZA=△PZB，可得變壓器的臨界負(fù)載功率為：（7）

如圖1所示。變壓器的臨界負(fù)載功率可以作為判斷兩臺容量相同變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性優(yōu)劣的判據(jù)，并分為以下三種情況：

（1）當(dāng)0＜SLZ＜SN時：

如果S＜SLZ，則兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性較好。如果S＞SLZ，則兩臺變壓器中P0Z大的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性較好。

（2）當(dāng)SLZ為0或∞時：兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性較好，若兩臺變壓器的P0Z相等，則PKZ小的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性較好。以某110kV變電站內(nèi)兩臺變壓器為例，該變電站高壓側(cè)采用外橋接線，低壓側(cè)使用單母分段，每段母線上各有一臺主變，主變詳細(xì)參數(shù)見表1。

根據(jù)表1，在該110kV變電站負(fù)載為12000kW，功率因數(shù)cosφ=1，則變壓器A的有功功率損耗為：

變壓器B的有功功率損耗為：

兩臺變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的臨界負(fù)載為：

根據(jù)計算結(jié)果，選兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特性較好，因此正常選擇A運(yùn)行B備用。

三、變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)探討

1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)組成

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)一般包括：工業(yè)控制級計算機(jī)、數(shù)字量和模擬量采集通道、數(shù)模轉(zhuǎn)換元件、開關(guān)量輸入輸出卡、計數(shù)器卡、電量變送器等部分。通過數(shù)字量和模擬量采集通道實(shí)時采集電網(wǎng)內(nèi)部的相關(guān)信號，再通過電量變送器將采集到的模擬量上送到數(shù)模轉(zhuǎn)換元件，通過單片機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制，最終以數(shù)字量的形式送入計算機(jī)。

表1 某變電站兩臺主變的技術(shù)參數(shù)

2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制的實(shí)現(xiàn)

計算機(jī)運(yùn)算是整個變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)的核心部分，采集到的數(shù)據(jù)上送計算機(jī)后，經(jīng)過預(yù)先設(shè)定的算法來進(jìn)行分析，最終確定變壓器的投切策略，使得變壓器運(yùn)行于最優(yōu)經(jīng)濟(jì)方式，并輸出開關(guān)量信號作用于變壓器，通過跳開變壓器各側(cè)開關(guān)和相關(guān)的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，實(shí)現(xiàn)各側(cè)的投退和母聯(lián)開關(guān)的投退。此外，還可以實(shí)現(xiàn)變壓器的動態(tài)管理，包括變壓器運(yùn)行方式、運(yùn)行參數(shù)、日負(fù)荷曲線等的圖形化顯示，以及動態(tài)負(fù)荷參數(shù)的實(shí)時數(shù)據(jù)管理等，有利于實(shí)現(xiàn)變壓器的精細(xì)化管理，方便運(yùn)行記錄的查閱和調(diào)取。

結(jié)語

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析是電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的重要途徑，在通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的同時，還應(yīng)該逐步推進(jìn)高能耗變壓器的優(yōu)化與改造、提升變壓器的運(yùn)行效率，多方面入手，通過綜合措施實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，推動我國電網(wǎng)向著節(jié)能降耗的新型電網(wǎng)轉(zhuǎn)變。

參考文獻(xiàn)

[1]胡景升.變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[M].北京：中國電力出版社，2011：59-63.

中圖分類號：TM41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A