有載調容配電變壓器臨界經濟容量及其技術性能分析

孟鎮++王強++閆思語

摘要：合理調整變壓器容量，提高變壓器運行效率，可有效降低配電變壓器損耗。闡述有載調容配電變壓器的調容降損節能原理；通過不同容量組合的有載調容變壓器的總功率損耗理論分析，給出其臨界經濟容量計算結果；對比分析SZ11-M-T型有載調容變壓器與S11型配電變壓器的效率特性，驗證有載自動調容降損節能效果。

關鍵詞：有載調容；配電變壓器；臨界經濟容量；有功損耗率；效率特性

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2017）04-0027-03

配電變壓器的性能水平高低和降損指標大小直接關系到電力企業和社會的經濟效益。根據負荷峰谷輪換，合理地調整變壓器的容量，提高變壓器的運行效率，是降低配電變壓器損耗的有效措施之一。

本研究提出一種確定臨界經濟容量的方法，在此基礎上探討有載調容配電變壓器有功損耗率與負載率的關系，對比分析SZ11-M-T型有載調容配電變壓器與S11型配電變壓器的效率特性，為合理使用有載調容配電變壓器提供參考。

1 有載調容變壓器調容原理

現有的有載調容變壓器自身有大、小兩個容量等級，并且可以根據負荷的變化，通過調容開關改變繞組的聯結方式來實現大、小容量的調節，其調容原理如圖1所示。三相高壓繞組在小容量時呈星形連接，在大容量時呈三角形連接。每相低壓繞組由3段組成：27%匝數的線段（I段），以及另外73%匝數的線段由兩根導線并繞而成兩組（Ⅱ段、Ⅲ段）。Ⅱ段、Ⅲ段導線的截面約為I段導線截面的一半。小容量時3段全部串聯，大容量時Ⅱ段、Ⅲ段并聯后再與I段串聯。當變壓器由大容量調為小容量時，高壓繞組由三角形連接變為星形連接，使得每相電壓降低，同時低壓繞組由先并聯后串聯變為3段全部串聯，使得低壓繞組匝數增加，由于電壓減低與匝數增加的倍數相當，可以保證電壓比不變，從而達到調容的目的。

2 臨界經濟容量計算

有載調容變壓器有大、小兩個容量，首先要解決的是何時調整變壓器容量的問題，即如何確定有載調容變壓器的臨界經濟容量。目前在實際工程應用中，通常選取調容變壓器小容量狀態下額定電流的80%所對應的容量為臨界經濟容量，但這種方法只是憑借經驗值進行選取，并不具有科學性與合理性。若要合理選取有載調容變壓器臨界經濟容量，不僅要考慮變壓器的利用率，更要考慮變壓器的經濟運行方式。所謂經濟運行方式就是指變壓器損耗最小的運行方式。

根據公式以及有載調容變壓器的性能參數，可以計算出不同負載率時各容量組合有載調容變壓器小容量的總功率損耗。將各容量組合小容量方式下的不同負載率換算成其大容量方式下的負載率后，即可計算出對應的大容量的總功率損耗。表1給出了以小容量方式為基準的不同負載率下各容量組合的有載調容變壓器大、小容量的總功率損耗。

以S11-ZT 500（160）為例，對其大、小容量在不同負載率下的總功率損耗繪成曲線圖，如圖2所示。

由圖2可以看出：在小容量負載率為0.60～0.70之間產生交點，將在此交點處所對應的負載率記為βLJ。以小容量負載率為基準，當實際負載率β>βLJ時，有載調容變壓器在大容量方式下總功率損耗更小，應使變壓器切換到大容量狀態下工作；當實際負載率β<βLJ時，有載調容變壓器在小容量方式下總功率損耗更小，應使變壓器切換到小容量狀態下工作。由此可得出，此交點即為有載調容變壓器的臨界負載率，此時所對應的變壓器容量即為有載調容變壓器的臨界經濟容量SLJ。經計算，得出各容量組合的有載調容變壓器臨界負載率與臨界經濟容量（見表2）。

3 有功損耗率與負載率關系

有功損耗率是指變壓器運行時自身有功損耗占總有功功率的比例。有載調容變壓器的有功損耗率計算公式為：

式中：Po為變壓器空載損耗；Pk為變壓器負載損耗；Se為變壓器額定容量，β為變壓器負載率；Kt為負載波動損耗系數，一般取1.05；cosφ為功率因數。

由公式（1）可以看出，變壓器損耗率除了與變壓器自身的技術參數有關以外，還與負載率和功率因數有關。本研究分兩種情況進行分析：1） 功率因數相同，不同變壓器容量在各負載率下的情況。以小容量負載率為基準，由前述計算可知，各種容量等級的變壓器臨界負載率均在0.60～0.65之間，此時對應的大容量負載率約為0.20。因此在大容量負載率不大于0.20時，使用小容量的技術參數進行計算；在大容量負載率大于0.20時，使用大容量的技術參數進行計算（同樣適用于后面變壓器效率計算中）。由此，取功率因數為0.90，根據公式（1）計算500（160），250（80），160（50）這3種容量等級的調容變壓器在大容量不同負載率下的有功損耗率，得出的結果繪成曲線圖，如圖3（a）所示。由圖3（a）可以看出，不同容量等級的調容變壓器均在大容量負載率為0.20時有功損耗率最低，并且容量等級越高，其有功損耗率越低。2） 變壓器容量等級相同，不同功率因數在各負載率下的情況。以SZ11-ZT 500（160）為例，功率因數分別取0.90，0.85，0.80，根據公式（1）計算調容變壓器在大容量不同負載率下的有功損耗率，得出的結果繪成柱狀圖，如圖3（b）所示。由圖3（b）可以看出，在調容變壓器容量等級不變的情況下，功率因數越大，有功損耗率越低。

4 效率特性對比分析

變壓器的效率是指變壓器輸出的有功功率與輸入的有功功率之比，其公式為：

以SZ11-M-T 315（100）和S11型額定容量為315 kVA的配電變壓器為例，取功率因數為0.90計算兩種變壓器在不同負載率下的效率，得出的結果繪成柱狀圖，如圖4所示。由圖4可以看出，SZ11-M-T 315（100）型有載調容變壓器在負載率為0.20時效率最高，S11型配電變壓器在負載率為0.30～0.40時效率最高。并且在功率因數相同的情況下，SZ11-M-T 315（100）型有載調容變壓器效率均高于S11型配電變壓器。

5 結論

本研究提出的對臨界經濟容量的計算方法，克服了以往對有載調容變壓器進行調容時憑借經驗值的盲目性，按照此方法進行容量調節，可以使變壓器一直工作在經濟運行方式下。通過分析可知，有載調容變壓器在負載率為0.20時有功損耗率最低、效率最高。在功率因數不變的條件下，變壓器容量等級越高，有功損耗率越低、效率越高；在容量等級不變的條件下，功率因數越大，有功損耗率越低、效率越高；在功率因數與容量等級均相同的條件下，SZ11-M-T型有載調容變壓器的效率均高于S11型變壓器。

參考文獻

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