煤礦變壓器數量與負載系數的經濟標準優化研究

陳冬雪

（晉能控股煤業集團煤峪口礦， 山西 大同 037003）

引言

為了確定用于地下配電站的變壓器的最優數量和功率，采用了采礦用戶供電的技術經濟和安全標準。在選擇變壓器的尺寸時，仍然需要考慮的一個問題是負載隨時間的演變，在這種情況下，必須考慮兩種折衷——靜態，如果負載是接近常數和妥協之間選擇一個更高的電力變壓器安裝容量恢復成本較低；從動態的角度來看，考慮到隨著時間的推移負載的增加。在這種情況下，變壓器的功率步驟正常化的問題也就出現了，因為它使用許多不同類型的設備，無論是生產成本和維護成本對一定數量的每種類型的設備[1-3]。最后，必須提到一些技術性質的限制，建立變壓器的最佳運行模式并不是一個簡單的問題。

1 基于經濟準則的礦用變壓器最優功率的確定

為了確定最優功率變壓器，即初始值的設置為第一年操作的加載在一年一度的負載高峰，可以使用下面的優化標準，即最小總費用（CTA），其中考慮了變壓器的成本和電力與能源的損失。在變壓器的情況下，經濟運行期的定義是，在其最大負載水平增加到初始值的1.6 倍之前的幾年，自安裝以來的第一年被認為是經濟最優的。

1.1 案例研究1

根據分析，確定了TT-AN 6/0.4 kV 系列變壓器的經濟功率（SMI）和最優負載系數kβ（kβ=0.66、kβ=0.75。仿真得到的結果以及分析的變壓器參數的輸入數據如表1 所示。表1 中：SNt為安裝在變壓器或配電站的變壓器的視在標稱功率；U1為變壓器工作電壓；U2為變壓器待機電壓；ΔP0為變壓器鐵塊的有功功率損耗（閑置運行時的功率損耗）；ΔPk為短路運行時的額定功率損耗（額定負載下運行時的功率損耗）；CT為變壓器成本；SMI為變壓器運行一年的最大視在功率；K 為特定的比例因子；Tm為變壓器一年的運行時間。圖1 繪制使用Matlab-Simulink 軟件包TT-250系列變壓器，400 kVA 和500 kVA 轉換比6/0.4 kV，考慮負載峰值的年增長率r。

圖1 根據CTA 和CPW 標準確定的當前系列TT-AN 型變壓器的6/0.4 kV 年負載峰值的經濟負載

表1 TT-AN 6/0.4 kV 變壓器參數的輸入數據和仿真結果

變壓器的經濟功率實際上是在運行期間，當通過變壓器時，產生最小功率損耗的一個恒定功率的最大值。對于配電變壓器和電力變壓器，連續運行和最頻繁的負載條件下，這一點特別重要。隨著比損成本（CW）的增加，年度負載峰值的最優負載系數隨年度最大負載使用時間的變化而減小或增大。

1.2 案例研究2

對不同千瓦小時損失成本CW值和當前系列TT-AN 6/0.69 kV 防爆礦用電力變壓器參數下的初始經濟負載值計算。仿真得到的結果以及分析的變壓器參數的輸入數據如表2 所示。圖2 不考慮負載峰值的年增長率r。快速評估不同報價變壓器損耗的一種簡化方法涉及以下假設：變壓器在部分負載下運行，但這個部分負載是恒定的；不考慮額外費用和通貨膨脹因素；需求費用是基于100%負載。

2 結果分析

圖1 存在最優負載因素的初始值（k1s，k1i）系列的TT-6/0.4 kV 變壓器和最后的最大負載值，建議立即替換為一個更高的額定功率，計算與CTA 方法和數據的方法。從圖2 可以看出，在最小的功率和最小能量損失（CPW）的假設下，負載因子的初始值比總更新費用的最小假設值低25%左右。最優負載系數分別以當前千瓦時電損成本為基礎計算，CW=0.42 元/kWh。

TT-AN 變壓器的最初初始和最終的經濟負擔每年負載峰值，忽略負載的增長率。6/0.69 kV TT-AN 變壓器參數的輸入數據如表2 所示。對于6/0.69 kV 的TT-AN 礦用變壓器，500 kVA 導致的損失率ΔP0/ΔPk=1.02，因為鐵損耗高于銅損耗。當填充系數為0.35 和0.6 時，經濟負載系數值分別為87.46%和96.25%。在這種情況下，它將不會在這樣的負載下運行，因為在充電峰值超過變壓器功率時，Smax=2.5SnT是非常危險的。同時，在運行中也會觀察到變壓器將在一個下限負載下運行。當變壓器按計算的經濟負載系數kr=1.2～1.5 運行時，能量損失較大。具體增加值見圖2。

圖2 根據CTA 和CPW 標準確定的當前系列TT-AN 型變壓器的6/0.69 kV 年負載峰值經濟負載

表2 TT-AN 6/0.69 kV 變壓器參數的輸入數據和仿真結果

3 結語

用經濟準則確定變壓器的最優數量和功率是指在一個統一的基礎上設計的一系列變壓器的所有額定功率步長。變壓器充電容量的優化利用，可以降低功率、節約用電。在分析和評價變壓器的最佳運行時，最優的解決方案是使用最接近SNTmax 計算得出的理論值的額定功率的變壓器。仿真結果表明，由于礦用變壓器的損失率較高，其負載系數和最優功率值均高于地表因素。