變壓器經(jīng)濟運行原理與分析

陳小瑞

（山西西山熱電有限責任公司，山西太原 030022）

0 前言

現(xiàn)階段，為了能夠進一步改善變壓器設(shè)備運行情況，從而確保變壓器的損耗可以得以降低，很多學者對于變壓器經(jīng)濟運行開展了研究。在電力行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，變電所的變壓器數(shù)量也有所增加，而且變壓器的容量同樣也隨之加大，也導(dǎo)致了變電所之中不同變壓器的容量不一致，而且相關(guān)技術(shù)參數(shù)同樣有一定差異[1]。所以，在變壓器具體運行時便會面臨選擇哪一臺變壓器作為備用變壓器。這對這一情況，怎樣確保變壓器運行的經(jīng)濟性，確保變壓器運行時的損耗值最小，這是確保變壓器裝置得以經(jīng)濟運行的重要保障?，F(xiàn)階段，變壓器經(jīng)濟運行工作中依舊存在不少的問題，其中最為突出的問題為：

（1）工作人員對于變壓器的利用率認識有誤區(qū)，很多工作人員都認為只要是確保變壓器擁有較高利用率，則便能保證變壓器的損耗降低，便能夠使得變壓器運行中更加經(jīng)濟，基本上都是以利用率對變壓器的經(jīng)濟運行狀況進行判斷。

（2）未能采用科學計算的方法開展變壓器管理工作，比如，若是其中一臺變壓器可以承擔所有負載，則通常情況下便將另外一臺變壓器停運。要是其中一臺較小容量的變壓器能夠滿足負載要求，則便不會使用相對大容量的變壓器[2]。

因此，應(yīng)當進一步對變壓器經(jīng)濟運行的原理加以分析，通過科學的計算去取代傳統(tǒng)的經(jīng)驗調(diào)節(jié)方法，以確保變壓器能夠更經(jīng)濟的運行。

1 變壓器經(jīng)濟運行原理

1.1 變壓器運行原理

變壓器裝置的工作原理：變壓器的原繞組在有交流電通過情況下，在鐵芯之中形成相應(yīng)的交變磁通，依照電磁感應(yīng)相關(guān)原理，原繞組以及副繞組均會出現(xiàn)感應(yīng)電動勢，此時在副繞組之中所出現(xiàn)的感應(yīng)電動勢其功能和負載電源功能一樣。如此，利用變壓器裝置就能夠把電能由原繞組而傳遞至負載電路之中。電能傳遞的具體流程是：交流電流i1通過原繞組時，會激發(fā)繞組中的鐵芯形成相應(yīng)的交變磁通[3]。因為原繞組和副繞組均套于相同鐵芯部件之上，那么在鐵芯之中所形成的交變磁通會交聯(lián)原繞組和副繞組，會在原繞組和副繞組之中形成具有同一頻率值的感應(yīng)電動勢e1與e2，此時，副繞組之中形成的感應(yīng)電動勢e2充當了負載電路中的電源，并且會在回路之中產(chǎn)生對應(yīng)的電流i2，為負載運行提供電能。若是原繞組或者副繞組變化，則副繞組產(chǎn)生的電壓也將以一定比例發(fā)生變化，變壓器能夠改變電流或是電壓大小，但是卻無法改變頻率大小[4]。

1.2 變壓器經(jīng)濟運行問題提出

變壓器經(jīng)濟運行是指采用一定方法選用最佳的運行模式，有效調(diào)節(jié)不同電壓器運行負載，確保輸電量保持不變，讓變壓器的能耗可以將至最小。在輸配電系統(tǒng)之中，涉及各種型號以及各種容量的變壓器裝置，及時在同一個變電所之中，變壓器一般也有多臺，而且還會有備用變壓器，而對于相同的負載而言，變壓器有了不同運行模式，在這些運行模式之中，其所對應(yīng)的能耗也有所差異，也必定存在某種運行模式下變壓器能耗最低[5]。這種情況下則會出現(xiàn)變壓器經(jīng)濟運行的問題，也就是要求在變壓器運行的過程中，要選用最佳的運行方式。

2 變壓器經(jīng)濟運行原理分析

變壓器運行方式將直接影響到變壓器運行的經(jīng)濟性，變壓器最優(yōu)的運行方式是確保變壓器損耗盡可能低。在變壓器經(jīng)濟運行方式確定過程中，又可以采用動態(tài)經(jīng)濟運行分析方法以及靜態(tài)經(jīng)濟運行分析方法[6]。靜態(tài)經(jīng)濟運行分析是在變壓器具體運行過程中，依照設(shè)定的負載情況，而選擇損耗最小運行方式，若是負載發(fā)生波動，此時變壓器的運行方式依舊維持不變。動態(tài)經(jīng)濟運行分析是依照變壓器負載不斷波動情況，而及時調(diào)節(jié)運行方式，確保損耗得以最大限度的降低。關(guān)于變壓器經(jīng)濟運行的原理非常多，以臨界點劃分方法為例進行分析。

2.1 臨界點劃分方法原理

在變壓器經(jīng)濟運行分析之中，臨界點劃分方法屬于較為基礎(chǔ)的分析方法，同時也是變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間進行劃分時常用的分析方法，其原理是對各個變壓器損耗曲線交點進行求解，從而得到負載臨界點，再依照不同的臨界點而劃分各個經(jīng)濟運行區(qū)，不同經(jīng)濟運行區(qū)之中所設(shè)定的運行方式也有所差異，從而保證變壓器的損耗能夠?qū)⒅磷畹蚚7]。

例如，兩臺參數(shù)不一致的A變壓器以及B變壓器，分別計算得到SA-B、SA-AB、SB-AB，其分別代表不同變壓器運行狀態(tài)下功率損失曲線的交點，如圖1所示。

圖1 變壓器參數(shù)不一致時臨界點劃分

基于此將變壓器經(jīng)濟運行模式劃分為3種不同類型：

（1）若是S＜SA-B的情況下，則投入運行A變壓器是最為經(jīng)濟的運行方式；

（2）若是SA-B＜S＜SB-AB的情況下，則投入運行B變壓器是最為經(jīng)濟的運行方式；

（3）若是S＞SB-AB的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運行是最為經(jīng)濟的運行方式。

從圖1所示對應(yīng)的經(jīng)濟運行區(qū)間能夠得出，臨界點劃分方法的分析思路非常清晰，而且也便于工作人員理解，僅需要計算得到臨界負載值，即可以輕松找到相應(yīng)的經(jīng)濟運行區(qū)間。此種方法不僅能夠應(yīng)用在靜態(tài)分析過程中，同時還能夠應(yīng)用到動態(tài)分析過程中。

2.2 基于臨界點劃分方法的靜態(tài)分析

某變電所擁有兩臺參數(shù)不一致的變壓器，變壓器所對應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示。

則能夠得出其所對應(yīng)的功率損耗曲線，如圖2所示。

表1 某變電所中兩臺變壓器對應(yīng)參數(shù)

這種情況下，針對負載的不同能夠準確確定變壓器對應(yīng)經(jīng)濟運行方式：

圖2 變壓器臨界點

（1）若是S＜11.7MVA的情況下，則投入運行A變壓器是最為經(jīng)濟的運行方式；

（2）若是11.7MVA＜S＜28.6MVA的情況下，則投入運行B變壓器是最為經(jīng)濟的運行方式；

（3）若是S＞28.6MVA的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運行是最為經(jīng)濟的運行方式。

現(xiàn)在假定在一天中負載的變化情況一共有以下3種：負載值分別是8.5 MVA、15.6 MVA、35 MVA，則依照相應(yīng)的經(jīng)濟運行模式，便可以計算得到相應(yīng)的損耗值，具體結(jié)果如表2所示。

表2 負載變化是變壓器經(jīng)濟運行模式和對應(yīng)損耗

依據(jù)靜態(tài)分析方法，在變壓器的運行階段其運行方式不會出現(xiàn)改變，僅僅采用同一種方式運行，所以其損耗值在設(shè)定的經(jīng)濟運行模式之下不會發(fā)生改變，也就是說變壓器無法確保任何時間段內(nèi)均處于最優(yōu)運行狀態(tài)之下，有時還會發(fā)生超負荷運行或者是低負荷運行的問題。針對該變電站的變壓器運行包含有3種不同模式，而有A變壓器在處于第三段負荷情況下將會處于超負荷運行狀態(tài)，所以只能夠采用后兩種運行模式。計算得出這兩種模式下所對應(yīng)的能耗值，結(jié)果如表3所示。

表3 變壓器各個運行模式下對應(yīng)能耗值

最優(yōu)運行模式即是變壓器在不同時間之中采取與之相對應(yīng)的經(jīng)濟運行模式運行，這種情況下的能耗值僅僅為1149kWh。所以能夠得出，通過靜態(tài)方式對變壓器進行控制，僅僅可以保證變壓器在經(jīng)濟運行區(qū)間內(nèi)達到最優(yōu)化運行目標，當處于經(jīng)濟運行區(qū)間之外，則將導(dǎo)致?lián)p耗有所增加，無法達到經(jīng)濟運行的目標。所以，對于一些負載存在較大波動的變壓器來說，采用靜態(tài)經(jīng)濟運行模式依舊無法真正的解決經(jīng)濟運行問題。

2.3 基于臨界點劃分方法的動態(tài)分析

在變壓器的具體運行過程中，負載情況一般都是不斷發(fā)生改變的。要想確保變壓器能夠達到經(jīng)濟運行目標，應(yīng)當實時對負載值進行監(jiān)控，同時將其和臨界值加以比較，依照實際負載具體大小，實時調(diào)整變壓器運行情況，及時進行投切操作，從而確保變壓器一直處在最佳的運行狀態(tài)。此時則需要應(yīng)用到動態(tài)經(jīng)濟運行分析[8]。

例如，對于上述所提到的A變壓器與B變壓器而言，若是該變電所之中全天的負載波動劃分成為5個不同的時間區(qū)段，變壓器相應(yīng)的運行方式如表4所示。

在不同的時間區(qū)段之中，變壓器的負載情況也不一樣，則此時變壓器具體運行模式也要改變，這樣才能確保變壓器一直處于經(jīng)濟運行狀態(tài)，具體的切投操作為：

（1）T1～T2時間區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運而A變壓器運行；

（2）T2～T3區(qū)段變壓器切投為B變壓器投入運行；

（3）T3～T4區(qū)段變壓器切投為B變壓器停運；

（4）T4～T5時間區(qū)段變壓器切投為A變壓器停運而B變壓器投入運行。

表4 各個負載區(qū)段變壓器經(jīng)濟運行模式

4 結(jié)語

通過上述分析可知，只要變電所的負載值在變壓器容量范圍之中，不管是負載如何改變，僅僅對負載具體數(shù)值和臨界負載值加以比較，即能夠決定具體的經(jīng)濟運行模式，從而進行適當?shù)那型恫僮?，確保變壓器組能夠一直處在經(jīng)濟運行區(qū)，這樣會保證變壓器運行過程中的能耗顯著降低，而且能夠?qū)o態(tài)經(jīng)濟運行模式下?lián)p耗較大這一缺點加以糾正，具有較強的實用性。