基于南山終端電氣負(fù)載的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

朱 華

（中海石油（中國(guó)）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

1 南山終端電氣負(fù)載現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

1.1 電氣負(fù)載現(xiàn)狀

中海油南山終端廠區(qū)生產(chǎn)配電如圖1所示，生產(chǎn)區(qū)配電由2臺(tái)主變壓器ATL-L-7220和ATL-L-7221提供，2臺(tái)變壓器參數(shù)一致（表1）。變壓器有2種運(yùn)行方式：當(dāng)斷路器1和斷路器2合閘、斷路器3處于分閘時(shí)，2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行；當(dāng)斷路器1和3合閘、斷路器2分閘，或者斷路器2和3合閘、斷路器1分閘時(shí)，2臺(tái)變壓器中的任意一臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行。

表1 變壓器參數(shù)

1.2 存在問(wèn)題

生產(chǎn)區(qū)的2臺(tái)變壓器有時(shí)并列運(yùn)行、有時(shí)單獨(dú)帶載，沒(méi)有形成1套在不同負(fù)荷下的變壓器不同運(yùn)行管理模式，浪費(fèi)了電能。在當(dāng)前節(jié)能的背景下，形成1套固定的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式十分必要。

2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算

電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指電力變壓器運(yùn)行時(shí)降低有功功率損耗、提高效率、獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益的運(yùn)行方式。變壓器的損耗包括有功損耗和無(wú)功損耗兩部分[1]。變壓器的有功損耗和無(wú)功損耗所換算的等效有功損耗，就稱(chēng)為變壓器綜合有功損耗。

圖1 南山終端生產(chǎn)區(qū)配電

變壓器無(wú)功功率的損耗，使得系統(tǒng)中的電流增大，增加了電力系統(tǒng)的有功損耗，可等效視為變壓器有功損耗的增加。做法是引入1個(gè)換算系數(shù)即無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量Kq，將無(wú)功損耗折算為等效有功損耗。

2.1 功率損耗計(jì)算[2]。

變壓器在負(fù)荷為S時(shí)的有功損耗見(jiàn)式（1）。

式中ΔPT——變壓器的有功損耗，kW

ΔQT——變壓器的無(wú)功損耗，kVar

ΔP0——變壓器的空載有功損耗，kW

ΔPK——變壓器的短路有功損耗，kW

ΔQ0——變壓器空載無(wú)功損耗，kVar

ΔQN——變壓器額定負(fù)荷無(wú)功損耗，kVar

SN——變壓器的額定容量，kV·A

2.2 變壓器效率計(jì)算

變壓器在負(fù)荷為S時(shí)的效率見(jiàn)式（2）。

式中P1——變壓器輸入有功功率，kW

P2——變壓器輸出有功功率（P2=P1-ΔP），kW

ΔP——有功損耗，kW

2.3 變壓器功率損耗率計(jì)算

式中P1——變壓器輸入有功功率，kW

ΔP——有功損耗，kW

ΔP%——功率損耗率

β——負(fù)載系數(shù)

Sn——視在功率

cosφ——負(fù)載功率因數(shù)

3 南山終端變壓器損耗計(jì)算

3.1 變壓器損耗計(jì)算

以中海油南山終端電氣負(fù)載為例，計(jì)算變壓器損耗。根據(jù)以上公式，令負(fù)載系數(shù)β=S/Sn，cosφ取0.81，則南山變壓器損耗和負(fù)載系數(shù)的關(guān)系為ΔP≈2.2+11.5β2，變壓器效率和損耗的關(guān)系為，變壓器損耗率和負(fù)載系數(shù)的關(guān)系為

3.1 變壓器的功率損耗

在不同負(fù)載系數(shù)即不同負(fù)載下，變壓器的功率損耗、效率和功率損耗率見(jiàn)表2。

表2 不同負(fù)載下的變壓器損耗

根據(jù)表2，作出不同負(fù)載系數(shù)和變壓器效率和變壓器功率損失率圖（圖 2、圖 3）。

可知，當(dāng)變壓器承擔(dān)的負(fù)載系數(shù)β=0.4時(shí)，變壓器效率最高，約為99% ，功率損耗率最低，約為1.23%。此時(shí)變壓器處于最佳運(yùn)行方式。

4 不同運(yùn)行方式變壓器損耗比較分析

根據(jù)南山終端平時(shí)巡檢記錄可知 ，南山終端生產(chǎn)負(fù)載視在功率一般為S=355 kV·A，則負(fù)載系數(shù)β=355/1000=0.355。

圖2 負(fù)載系數(shù)和效率關(guān)系

4.1 變壓器并列運(yùn)行

采用變壓器并列運(yùn)行方式時(shí)，由于2臺(tái)變壓器參數(shù)完全一致，可以近似認(rèn)為2臺(tái)變壓器同等負(fù)載，單臺(tái)變壓器負(fù)載系數(shù)為β/2=0.177 5，則變壓器功率損耗 ΔP1≈2×[2.2+變壓器效率變壓器損耗率

圖3 負(fù)載系數(shù)和功率損耗率關(guān)系

4.2 變壓器單獨(dú)運(yùn)行

如果采用1臺(tái)變壓器供電方式，則 β=0.355。變壓器功率損耗 ΔP2≈2.2+11.5β2=3.65 kW；變壓器效率變壓器損耗率

4.3 節(jié)能分析

由以上計(jì)算結(jié)果可知，在現(xiàn)有南山終端負(fù)載下采用1臺(tái)變壓器單獨(dú)運(yùn)行方式，無(wú)論是在功率損耗、變壓器效率還是變壓器損耗率，均優(yōu)于2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行。此時(shí)，不僅變壓器效率高、損耗率小、能延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，而且還能減少變壓器自身消耗，節(jié)約能源。

相比2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，單獨(dú)運(yùn)行其中1臺(tái)變壓器每年節(jié)省電量 W=ΔP×T=（5.12-3.6）×365×24=13 315 kW·h。

5 結(jié)論

為了給現(xiàn)場(chǎng)提供確切操作程序，明確在多大負(fù)荷下采取何種變壓器運(yùn)行模式，令在某一負(fù)載系數(shù)β下，變壓器單獨(dú)運(yùn)行和變壓器并聯(lián)運(yùn)行功率損耗相等，即ΔP1=ΔP2，則β=0.618。當(dāng)β=0.618，即負(fù)載為618 kV·A時(shí)，此時(shí)2種運(yùn)行方式變壓器損耗相等。因此，當(dāng)南山負(fù)載＜618 kV·A時(shí)，應(yīng)采用單臺(tái)變壓器單獨(dú)供電方式；當(dāng)負(fù)載＞618 kV·A時(shí)，應(yīng)采用2臺(tái)變壓器并列運(yùn)行方式。

綜上所述，對(duì)于有多臺(tái)變壓器參與的配電系統(tǒng)，完全可以通過(guò)變壓器損耗和效率計(jì)算，找到不同負(fù)載下的變壓器最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。這樣，不用增加任何額外的投資，就能達(dá)到既延長(zhǎng)變壓器壽命、利于成本控制，又能減少變壓器自身?yè)p耗、節(jié)約電能的目的。