Equation Chapter 1 Section 1 水電站變壓器經濟運行方式分析

王 矛

（陜西省漢中市石門水庫管理局，陜西 漢中 723000）

0 引言

降耗、節能作為發電企業降低成本的有效措施，在生產實踐中發揮著重要作用。變壓器在運行過程中其自身電能損耗約占整個電力系統損耗的30%，因此，變壓器經濟運行對發電廠節能降耗具有重要的意義。

由于變壓器的容量、電壓等級、鐵芯、繞組結構及制造工藝等不同，不同變壓器之間的技術特性和參數存在著差異，在相同的發電負荷條件下，不同的運行方式產生的電能損耗也不同。在多種運行方式下選擇損耗小的運行方式即變壓器經濟運行方式對于節省發電廠生產成本具有潛在價值。變壓器經濟運行是在確保其安全運行及保證供電量的基礎上，充分利用現有設備，通過其運行方式的合理選取、負荷曲線的優化調整、運行位置的優化組合以及運行條件的改善等措施，最大限度地降低變壓器的電能損耗和提高其電源側功率因數。

本文對水電站變壓器經濟運行方式進行探討，根據水電站監控綜合自動化系統實時采集到的變壓器相關數據設計變壓器經濟運行方式分析方法，探尋安全、經濟的變壓器運行方案，對于水電站穩定運行和長足發展具有積極的現實意義。

1 變壓器運行存在的問題

目前，水電站以機組安全運行為主，對變壓器經濟運行考慮較少，變壓器備用容量大，不同程度的非經濟運行主要表現在以下五個方面：

（1）一臺變壓器能承擔的負載，就不用兩臺承擔；

（2）小容量變壓器能承擔的負載，就不用大容量的變壓器承擔。

（3）變壓器負荷率很小，即“大馬拉小車”方式運行；

（4）變壓器是高效能的設備，經濟運行無潛力可挖，

（5）變壓器利用率越高，變壓器損耗的電能越小。

上述單一以變壓器容量利用率判斷其運行狀態優劣并不合理，它們只是單一的強調空載損耗，而忽略負載損耗這一重要因素，因此出現隱性浪費電能的現象。

2 變壓器功率損耗計算

變壓器功率損耗包括有功損耗和無功損耗，主要由兩部分組成，即空載損耗和負載損耗。空載損耗是與負載大小無關的固定損耗，負載損耗是與負載平方成正比的可變損耗。根據變壓器參數和運行工況可確定變壓器功率損耗。

（1）單臺雙繞組變壓器運行

其有功損耗：

式中：P0為變壓器空載損耗；Pk為變壓器額定負載功率損耗；SN為變壓器額定容量；S 為變壓器負載視在功率。

其無功損耗：

式中：Q0為變壓器空載勵磁功率；I0%為空載電流百分數，Qk為額定負載漏磁功率；Uk%為短路阻抗百分數。

（2）多臺雙繞組變壓器并列運行

對于n 臺變壓器并列運行，其有功損耗和無功損耗如下：

3 變壓器經濟運行方式分析

在相同負載的條件下，變壓器并列運行方式的有功損耗和無功消耗不僅與其運行臺數有關，同時也與組合運行方式中變壓器的容量和技術參數相關。因此對水電站內兩臺變壓器的經濟運行方式分析主要包括以下兩個方面。

3.1 單臺變壓器技術特性的優劣分析

通過單臺變壓器有功損耗臨界負載、無功消耗臨界負載、判定變壓器的技術參數優劣。

以節約有功為主，計算有功損耗臨界負載；以提高功率因數為主，計算無功消耗臨界負載。

3.2 兩臺變壓器間的經濟運行方式分析

當發電廠具有A、B 兩臺參數不同的變壓器時，分析A 運行，在什么條件下投運B；或B 運行，在什么條件下投運A。即分析A-AB 之間、B-AB 之間的有功損耗臨界負載、無功消耗臨界負載。

4 基于水電站監控綜合自動化系統的變壓器經濟運行方案

監控綜合自動化系統在水電站的廣泛使用為變壓器經濟運行的實用化奠定了堅實的基礎。

變壓器經濟運行需考慮很多因素，如并列運行的經濟運行方式、分列運行方式、負載率調整時的經濟運行、負載的經濟分配、特殊運行方式的經濟運行、經濟運行的動態計算、運行方式改變時的遙控操作等。

4.1 計算步驟

本文以某水電站兩臺變壓器（計為變壓器A、B）為例，其經濟運行計算步驟如下：

計算出變壓器A-B 之間功率損耗臨界負載，確定該廠站中哪臺變壓器是單臺經濟運行方式。

求出A-AB 之間、B-AB 之間的臨界負載。

計算結果見表1。

表1 兩臺變壓器的參數和計算數據表

1B:P0=18.46 kW,Pk=101.77 kW，Q0=30 kVar,QK=2575 kVar；

2B:P0=23.51 kW,Pk=146.22 kW，Q0=40 kVar,QK=4176 kVar。

a.單臺變壓器運行時負載—有功損耗曲線圖，見圖1。

圖1 單臺變壓器運行時負載—有功損耗曲線圖

臨界點為（8557.7 kVA，30.38 kW）。

b.單臺變壓器運行時負載—無功損耗曲線(局部)圖，見圖2。

圖2 單臺變壓器運行時負載—無功損耗曲線(局部)圖

臨界點為（2573.43 kVA，57.28 kVar）。

c.兩臺變壓器并列運行時負載分配曲線圖，見圖3。

橫坐標：總運行負載,縱坐標：并列運行時的分配負載。

圖3 兩臺變壓器并列運行時負載分配曲線圖

d.兩臺變壓器運行時負載—有功損耗曲線（局部）圖，見圖4。臨界點為（8557.7 kVA，30.38 kW）、（23778.1 kVA，75.18 kW）。e.兩臺變壓器運行時負載—無功損耗曲線（局部）圖，見圖5。

圖4 兩臺變壓器運行時負載—有功損耗曲線（局部）圖

圖5 兩臺變壓器運行時負載—無功損耗曲線（局部）圖

臨界點為（2573.43 kVA，57.28 kVar）、（5444.1 kVA，117.36 kVar）。

4.2 計算結果

1）只考慮有功損耗：總負載8557.7 kVA 以下投運1B，以上投運 2B；23778.1 kVA 以上 1B、2B 并列運行。

2）只考慮無功損耗：總負載2573.43 kVA 以下投運1B，以上投運 2B；5444.1 kVA 以上 1B、2B 并列運行。

5 結論

本文以變壓器經濟運行理論為依據，探討水電站變壓器經濟運行方式，水電站監控綜合自動化系統實時采集到的變壓器相關數據設計變壓器經濟運行方式分析方法，通過工程化的實用計算公式，對站內兩臺變壓器在不同運行方式下的損耗進行計算，利用其在不同運行方式下的功率損耗結果對其經濟運行方式進行分析。