探討變壓器的節電方法

張 浩，張 雅

（1.新疆維吾爾自治區建筑設計研究院機電一所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國建筑設計院有限公司智能工程中心，北京 100089）

探討變壓器的節電方法

張 浩1，張 雅2

（1.新疆維吾爾自治區建筑設計研究院機電一所，新疆 烏魯木齊 830002；2.中國建筑設計院有限公司智能工程中心，北京 100089）

用節電觀點看變壓器的技術特性，從實際事例闡述變壓器的節電方法，分析節電效果，總結了多臺變壓器（容量相同、特性相同）并聯時損耗減少的運行臺數及其判定公式，為廣大設計人員和運行管理人員提供正確性、科學性的依據。

變壓器；損耗；節電方法

1 從節電觀點看變壓器的特性

1.1 常用變壓器技術參數

目前常用的10kV變壓器為S11和S9型，其技術參數分別見表1和表2。

表1 部分S11型10/0.4kV變壓器參數（A公司生產）

表2 部分S9型10/0.4kV變壓器參數（B公司生產）

1.2 變壓器損耗的種類

變壓器損耗包括與負載電流增減無關的固定空載損耗（簡稱：鐵損）和與負載電流平方成正比的負荷損耗（簡稱：銅損）。

鐵損PF包括磁滯損耗Ph和Pe渦流損耗兩部分，即：

PF=Ph+Pe--------鐵損PF值直接由變壓器廠提供

鐵損PF值直接有變壓器廠提供。

銅損是變壓器一次線圈和二次線圈的電阻損耗之和，三相變壓器銅損為：

除上述兩種損耗外，還有介質損耗和雜散負荷損耗，此部分損耗因其測定困難，其值很小，可忽略不計。

1.3 變壓器效率

三相變壓器的額定效率η為：

式中：P2--------二次側輸出功率（kW）

V2-------二次側電壓（V）

I2------------二次側負荷電流（A）

COSΦ-------功率因數

由此式可見：變壓器的效率隨著輸出功率（kW）變化的同時，也隨著負荷的功率因數變化，功率因數變小，效率就降低，這是因為變壓器的容量單位是（kVA）。而效率計算是用（kW）。

因為變壓器的負荷時刻都在變化，所以考慮瞬時效率是沒有意義的，最便捷且有意義的是考慮一天的效率，即日效率。具體計算公式如下：

2 變壓器的節電方法

2.1 將輕負荷變壓器停止運行

有幾臺變壓器、各自的負荷率都很低時，把負荷率較低的變壓器停止運行，并通過母聯開關將負荷集中起來供電就可以節電。但是，在有些場合，負荷增加了的變壓器增加的損耗，與停止運行變壓器減少的損耗相比，有時還要大，會出現相反的效果，所以應進行經濟比較。

例1：使用兩臺A公司生產的800kVA變壓器，0.4kV系統為單母分段接線，

接在10kV母線上的2臺變壓器負荷率均為40%，將1臺變壓器停止運行，并作經濟比較。變壓器特性參數見表1-1：

已知兩臺變壓器的鐵損、銅損相同，均為：

鐵損=0.98kW

銅損=額定負荷銅損×（負荷率）2

=7.5×（40%）2=1.2

所以，總損耗=2×（0.98+1.2）=4.36（kW）

（2）2號變壓器停止運行，負荷全部由1號變壓器供電，負荷率80%

1號變壓器鐵損=0.98Kw

1號變壓器銅損=額定負荷銅損×（負荷率）2=7.5×（80%）2=4.8

總損耗=0.98+4.8=5.78（kW）

可見：停止1臺變壓器，損耗反倒增加了：5.78-4.36=1.42（kW）。

2.2 更換變壓器

在有備用變壓器場合，與其使用小容量變壓器接近滿載，還不如讓較大容量變壓器低負荷運行能減少損耗。

例2：某工廠在改造工程中把1臺B公司生產的500kVA變壓器（特性數據見表1-2）換成800kVA變壓器。

已知，500kVA變壓器帶90%負荷運行（變壓器特性數據見表1-2）。

鐵損=0.96kW

銅損=5.1x（90%）2=4.13（kW）

總損耗=0.96+4.13=5.09（kW）

換成800kVA變壓器（特性數據見表1-1）后，負荷率為56.25%，

鐵損=1.4kW

銅損=7.5×（56.25%）2=2.37（kW）

總損耗=1.4+2.37=3.77（kW）

可見：將500kVA變壓器更換為800kVA變壓器后，損耗減少了：5.09-3.77=1.32（kW）。年度節電金額為：365天×24h×1.32kW×0.519元/kW·h=6001.3（元）

式中電費單價取當地1～10kV工業電價：0.519元/ kW·h。

2.3 在夜間、休息天或低負荷季節把變壓器停止運行

對夜間和休息天不工作的設備或車間，應把夜間和休息天不能停電的負荷集中到某臺變壓器上，可設置白天或季節性專用變壓器，如鍋爐房按冬季/夏季分別設置變壓器，在夜間和休息天或低負荷季節停止運行，以此來達到節電目的。但是如果白天、夜間或季節性負荷變化不太大時，這種方法就沒有經濟效果。

例如：某天然氣儲氣庫正常工況為每年有注氣期（約160天）和采氣期（約160天），其中：注氣期計算負荷為26518.2kW（27986.6kVA），而采氣期因壓縮機全部停運，負荷只有1010.4kW（1039.8kVA），故供電系統采用110kV雙電源供電，安裝110kV變壓器4臺，包括：110/10k、31.5MVA兩臺，1600kVA兩臺，注氣期采用兩臺31.5MVA 變壓器一用一備運行，兩臺1600kVA變壓器報停，采氣期采用兩臺1600kVA 變壓器一用一備運行，兩臺31.5MVA變壓器報停，降低損耗：

SZ11-31500/110kV， PF=24.6kW，PCN=126.4kW，采氣期如用其一用一備運行供電，負荷率為3.3%。

鐵損=24.6kW

銅損=126.4×（3.3%）2=0.14（kW）

總損耗=2×24.6+0.14=49.34（kW）

SZ11-1600/110kV， PF=2.6kW，PCN=12.1kW，采氣期用其一用一備運行，負荷率為65%。

鐵損=2.6Kw

銅損=12.1×（65%）2=5.1（kW）

總損耗=2×2.6+5.1=10.3（kW）

可見：采氣期將兩臺31.5MVA變壓器更換為兩臺1600kVA變壓器后，損耗減少了：49.34-10.3=39.04（kW），年采氣期節電金額為：160天×24h×39.04kW×0.329元=49321.6元。同時節約基本費（按單臺變壓器考慮）：（31500-1600）×5個月×26元×104=388.7（萬元）。

式中電價取當地110kV大工業電價：實用電價0.329元/kW·h；基本電價：26元/（kVA·月）。

2.4 控制變壓器臺數

幾臺變壓器并聯運行時，根據負荷大小來增減變壓器的運行臺數，以此來降低總損耗，接在電源母線上并聯運行的變壓器的容量與特性通常是相同的，此時，各變壓器分擔的負荷也相同，N臺變壓器并聯運行時的總損耗PN（kW）為：

式中：S-----變壓器容量（kVA）

PL-----總負荷（kVA）

變壓器運行臺數為（N-1）時的損耗PN-1（kW）為：

改寫該公式一下如下：

表3 多臺變壓器（容量相同、特性相同）并聯時損耗減少的運行臺數

從表中可以看出，當損耗比為3的三臺變壓器（容量相同、特性相同）并列運行，總負荷在1臺變壓器容量的141%以下時，采用2臺變壓器運行可降低損耗，當負荷進一步下降到1臺變壓器容量的81%以下時，采用1臺變壓器運行可降低損耗。

3 結束語

本文用節電觀點看變壓器的技術特性，通過實際事例闡述變壓器的節電方法，分析節電效果，總結出多臺變壓器（容量相同、特性相同）并聯時損耗減少的運行臺數及其判定方法，僅供廣大設計人員和運行管理人員參考。

［1］宋慧慧.配電變壓器經濟運行及自動投切裝置研究［D］.山東大學，2015.

［2］佘楚云.配電系統變壓器經濟運行方式及其最優投切策略研究［D］.上海交通大學，2010.

TM41

A

1671-3818（2016）10-0008-02