基于南山終端電氣負載的變壓器經濟運行分析

朱 華

（中海石油（中國）有限公司湛江分公司，廣東湛江 524057）

1 南山終端電氣負載現狀及存在問題

1.1 電氣負載現狀

中海油南山終端廠區生產配電如圖1所示，生產區配電由2臺主變壓器ATL-L-7220和ATL-L-7221提供，2臺變壓器參數一致（表1）。變壓器有2種運行方式：當斷路器1和斷路器2合閘、斷路器3處于分閘時，2臺變壓器并列運行；當斷路器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，2臺變壓器中的任意一臺變壓器單獨運行。

表1 變壓器參數

1.2 存在問題

生產區的2臺變壓器有時并列運行、有時單獨帶載，沒有形成1套在不同負荷下的變壓器不同運行管理模式，浪費了電能。在當前節能的背景下，形成1套固定的變壓器經濟運行方式十分必要。

2 變壓器經濟運行計算

電力變壓器經濟運行是指電力變壓器運行時降低有功功率損耗、提高效率、獲得最佳經濟效益的運行方式。變壓器的損耗包括有功損耗和無功損耗兩部分[1]。變壓器的有功損耗和無功損耗所換算的等效有功損耗，就稱為變壓器綜合有功損耗。

圖1 南山終端生產區配電

變壓器無功功率的損耗，使得系統中的電流增大，增加了電力系統的有功損耗，可等效視為變壓器有功損耗的增加。做法是引入1個換算系數即無功經濟當量Kq，將無功損耗折算為等效有功損耗。

2.1 功率損耗計算[2]。

變壓器在負荷為S時的有功損耗見式（1）。

式中ΔPT——變壓器的有功損耗，kW

ΔQT——變壓器的無功損耗，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——變壓器空載無功損耗，kVar

ΔQN——變壓器額定負荷無功損耗，kVar

SN——變壓器的額定容量，kV·A

2.2 變壓器效率計算

變壓器在負荷為S時的效率見式（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——負載系數

Sn——視在功率

cosφ——負載功率因數

3 南山終端變壓器損耗計算

3.1 變壓器損耗計算

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

3.1 變壓器的功率損耗

在不同負載系數即不同負載下，變壓器的功率損耗、效率和功率損耗率見表2。

表2 不同負載下的變壓器損耗

根據表2，作出不同負載系數和變壓器效率和變壓器功率損失率圖（圖 2、圖 3）。

可知，當變壓器承擔的負載系數β=0.4時，變壓器效率最高，約為99% ，功率損耗率最低，約為1.23%。此時變壓器處于最佳運行方式。

4 不同運行方式變壓器損耗比較分析

根據南山終端平時巡檢記錄可知 ，南山終端生產負載視在功率一般為S=355 kV·A，則負載系數β=355/1000=0.355。

圖2 負載系數和效率關系

4.1 變壓器并列運行

采用變壓器并列運行方式時，由于2臺變壓器參數完全一致，可以近似認為2臺變壓器同等負載，單臺變壓器負載系數為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 負載系數和功率損耗率關系

4.2 變壓器單獨運行

如果采用1臺變壓器供電方式，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 節能分析

由以上計算結果可知，在現有南山終端負載下采用1臺變壓器單獨運行方式，無論是在功率損耗、變壓器效率還是變壓器損耗率，均優于2臺變壓器并列運行。此時，不僅變壓器效率高、損耗率小、能延長變壓器的使用壽命，而且還能減少變壓器自身消耗，節約能源。

相比2臺變壓器并列運行，單獨運行其中1臺變壓器每年節省電量 W=ΔP×T=（5.12-3.6）×365×24=13 315 kW·h。

5 結論

為了給現場提供確切操作程序，明確在多大負荷下采取何種變壓器運行模式，令在某一負載系數β下，變壓器單獨運行和變壓器并聯運行功率損耗相等，即ΔP1=ΔP2，則β=0.618。當β=0.618，即負載為618 kV·A時，此時2種運行方式變壓器損耗相等。因此，當南山負載＜618 kV·A時，應采用單臺變壓器單獨供電方式；當負載＞618 kV·A時，應采用2臺變壓器并列運行方式。

綜上所述，對于有多臺變壓器參與的配電系統，完全可以通過變壓器損耗和效率計算，找到不同負載下的變壓器最佳經濟運行方式。這樣，不用增加任何額外的投資，就能達到既延長變壓器壽命、利于成本控制，又能減少變壓器自身損耗、節約電能的目的。