某總開閉所廠用變壓器效率核算及優化運行

電力變壓器作為電力系統的主要設備，被廣泛應用于輸電和配電領域。由于變壓器的工作原理和制造水平，在輸送電能的同時必然存在電能損耗，但這并不是說變壓器的電能損耗是不可減少，通過調整負載和選取最佳運行方式來發揮變壓器效能，降低變壓器損耗。變壓器在變換電壓等級和傳遞電能的過程中自身會產生有功功率損耗，因為變壓器的技術特性，變壓器的有功功率損耗隨著負載的變化而產生非線性的變化，因此必須根據變壓器的有關技術參數，通過合理地選擇運行方式，充分利用現有的設備條件，才能達到節約電能的目的。

電力變壓器的經濟運行是某石化企業電力系統節能降耗的重要組成部分。隨著全廠供電負荷中心轉移至熱電站，總開閉所現有4臺6kV/380V 變壓器負載率在0.03～0.21之間，這為開展變壓器經濟運行工作提供了空間。本文就總開閉所廠用變壓器效率進行核算并提出優化方案。

1 變壓器損耗和效率曲線

變壓器的損耗分為兩部分：第一部分為變壓器的鐵芯損耗、又稱空載損耗或鐵耗，它與負荷大小無關，只與變壓器容量的大小和電壓有關，也稱為固定損耗或不變損耗，用ΔP0表示；第二部分為短路損耗、又稱為銅耗，它與負荷大小有關，又稱為可變損耗，用ΔPK表示。雙繞組變壓器的有功損耗為：

式中為變壓器額定容量，S為變壓器通過的視在功率。若有兩臺雙繞組變壓器并列運行，則總有功損耗為：

變壓器所帶負載功率為P，則有公式

通常變壓器所帶負載功率因數取為0.8。常年處于輕載或過載運行的變壓器都屬于不經濟運行，負載率公式：

理論推導證明，運行中的 變壓器的實際銅耗ΔPK等于鐵耗ΔP0時，變壓器的效率最高，損耗最低，此時的效率稱為經濟負載率，用βmax表示，其表達式為：

圖1為變壓器效率曲線。當負載率β 在0～β2max間變化時，效率η 在（0～ηN）間隨β的增加而急劇增加，并有相對較低的運行效率。當β 在β2max～1.0間變化時，η 在（ηN～ηmax）間隨β的增加而緩慢變化，并有相對較高的運行效率。

圖1 變壓器效率曲線

2 優化運行方案

總開閉所四臺廠用變壓器設備參數如下：1#、2#變壓器。SCB8-800/6.3，ΔP0=1.740kW，ΔPK=7.867kW；3#、4#變壓器。SCB8-1000/6，ΔP0=1.608kW，ΔPK=8.596kW。其中1#、2#變壓器接于總開閉所主6kV室，其負載為4#、5#發電機輔機和水務中心精處理裝置電動機。3#、4#變壓器接于廠用6kV室，其負載為1#發電機輔機和主控制室電源（圖2）。

表1 廠用變壓器有功損耗及經濟負載率

圖2 總開閉所廠用變壓器及系統運行方式示意圖

通過企業的SMES3.0系統調取總開閉所變壓器供電數據，分析計算得出各臺變壓器平均功率分別為P1#=25kW，P2#=133kW，P3#=25kW，P4#=27kW。根據公式（1）、（3）、（4）、（5）計算出廠用變壓器有功損耗及經濟負載率（表1）。根據公式（1）、（2）和變壓器各項參數，繪制出變壓器有功功率損耗與視在功率曲線（圖3）。

圖3 變壓器有功功率損耗與視在功率曲線

通過以上分析可看出：四臺變壓器負載率都遠低于其經濟負載率，且四臺變壓器總視在功率為262.500kVA，小于四臺變壓器中任一臺變壓器的額定容量；3#變壓器有功損耗曲線總在1#變壓器有功曲線下方，即無論負載S為何值，3#變壓器有功損耗總比1#變壓器有功損耗小；在相同負載S且小于625kVA情況下，3#或4#單臺變壓器有功損耗小于3#、4#變壓器并聯的有功損耗，在相同負載S且大于625kVA情況下，3#或4#單臺變壓器有功損耗大于3#、4#變壓器并聯的有功損耗。

為了達到變壓器經濟運行，減少有功損耗，提高負載率，提出如下運行方案：將原1#、2#變壓器所帶負荷分別轉移至3#、4#變壓器，3#、4#變壓器低壓側之間通過母聯連接，在變壓器保護施耐德S40中設置備自投程序，平時兩臺變壓器一用一備，提高系統安全性（圖4）。

圖4 總開閉所優化后廠用變壓器及系統運行方式示意圖

根據公式（4）計算出3#變壓器帶整個低壓負荷時，負載率β為0.263，介于0.187～0.433之間，具有相對較高的運行效率；根據公式（1）計算出有功損耗為ΔP2.2kW，原運行方式下有功損耗ΔP為7.066kW，減少損耗為7.066-2.200=4.866kW，年節約4.866×24×365=42626.16kWh，減少電能損耗明顯。

3 結語

本文對總開閉所廠用變壓器效率進行核算并提出優化運行方案，盡管變壓器的損耗在變壓器負荷中所占比例較小，但石油化工企業的運行性質是連續生產24小時不間斷，所以變壓器運行時間長，故累計降損節能效果明顯。從某石化企業來看，全廠6kV電壓等級以上變壓器有207臺，近四分之一處于低負載率運行，存在巨大的節電潛能。因此，開展變壓器經濟運行工作是該企業電力系統節能降耗的一個重要組成部分。

開展變壓器經濟運行范圍很廣，辦法很多，節電效果也很好。首先是充分利用現有設備條件，通過詳細分析和嚴密計算，選擇技術參數好的變壓器和經濟運行方式運行；其次通過加強供電的科學管理來實現變壓器的經濟運行。