摘要：節(jié)能降耗是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)，而變壓器的損耗是電能傳輸過程中損耗的一個(gè)重要原因，因此變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行顯得尤為重要。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。換言之，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運(yùn)行方式，從而降低用電單耗。為了使變壓器能更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，本文進(jìn)行了初步的分析。
　　關(guān)鍵詞：變壓器，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　1.緒論
　　變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運(yùn)行方式和調(diào)整負(fù)載，使變壓器電能損失最低。換言之，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運(yùn)行方式，從而降低用電單耗。所以，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行無需投資，只要加強(qiáng)供、用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電和提高功率因數(shù)的目的。
　　2.概述
　　2.1變壓器存在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的因素
　　2.1.1變壓器間技術(shù)參數(shù)存在差異
　　每臺(tái)變壓器都存在有功功率的空載損失和短路損失，及無功功率的空載消耗和額定負(fù)載消耗。因變壓器的容量、電壓等級(jí)、鐵芯材質(zhì)不同，所以上述參數(shù)各不相同。因此變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是選擇參數(shù)好的變壓器和最佳組合參數(shù)的變壓器的運(yùn)行方式運(yùn)行。
　　2.1.2變壓器有功功率損失和損失率的負(fù)載特性
　　變壓器功率損失ΔP（千瓦）、效率η（%）和損失率ΔP%（%）的計(jì)算公式：
　　ΔP=Po+2Pk（2-3）
　　η=P2/P1=Secosφ/(Secosφ+Po+2Pk)*100（2-4）
　　ΔP%=ΔP/P1*100%=(Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100%（2-5）
　　=I2/I2e=P2/Secosφ（2-6）
　　P1---變壓器電源側(cè)輸入的功率
　　P2---變壓器負(fù)載側(cè)輸出的功率
　　cosφ---負(fù)載功率因數(shù)
　　---負(fù)載系數(shù)
　　I2---變壓器二次側(cè)負(fù)載電流
　　I2e---變壓器二次側(cè)額定電流
　　
　　由上圖可知變壓器損失率ΔP%是變壓器負(fù)載系數(shù)的二次函數(shù)，ΔP%先隨著的增大而下降，當(dāng)負(fù)載系數(shù)等于
　　jp=（Po/Pk）1/2（2-7）
　　時(shí)即銅損等于鐵損。然后ΔP%又隨著增大而上升。jp是最小損失率ΔP%的負(fù)載系數(shù)，稱為有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)。所以，當(dāng)固定變壓器運(yùn)行時(shí)，可通過調(diào)整負(fù)荷來降低ΔP%。
　　2.1.3變壓器無功功率消耗和消耗率的負(fù)載特性
　　變壓器無功功率消耗ΔQ的基本公式為：
　　ΔQ=Q0+2Qk（2-8）
　　為衡量變壓器傳輸單位有功功率時(shí)消耗的無功功率，便提出無功消耗率的公式：
　　ΔQ%=ΔQ/Q1*100%（2-9）
　　2.2變壓器無功功率的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　由于變壓器的變壓過程是借助于電磁感應(yīng)完成的。因此，變壓器是一個(gè)感性的無功負(fù)載。在變壓器傳輸功率時(shí)其無功損耗遠(yuǎn)大于有功損失。因此，在分析變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)，無功消耗和有功損失都要最小。
　　3.變電所變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　3.1容量相同、短路電壓相同的變壓器并列經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式
　　容量相同、短路電壓相同，也就是說，在多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，認(rèn)為負(fù)載分配是均勻的、相等的。短路電壓相接近的條件是變壓器間的短路電壓差值ΔUK%應(yīng)滿足下式要求：
　　ΔUK%=（ΔUDK%-ΔUXK%）/ΔUPK%*100%＜5%（3–1）
　　ΔUK%---變壓器最大短路電壓
　　ΔUXK%---變壓器最小短路電壓
　　ΔUP%---并列運(yùn)行方式中全部變壓器短路電壓的算術(shù)平均值
　　沈鼓集團(tuán)中央變電所設(shè)置3臺(tái)主變，容量為5000KVA，其中2#和3#主變并列運(yùn)行供6300KW電機(jī)試車。如果試車產(chǎn)品為3200KW及以下電機(jī)拖動(dòng)試車2#和3#主變?nèi)我庖慌_(tái)即可滿足生產(chǎn)要求。2#主變ΔUK2%=5.64%，3#主變ΔUK3%=5.52%。根據(jù)（3–1）式可得：
　　ΔUK%=（5.64-5.52）/5.56*100%=2.15%＜5%
　　因此，2#和3#主變滿足并列運(yùn)行的短路電壓差值的要求。
　　沈鼓集團(tuán)新廠區(qū)中央變電所設(shè)置3臺(tái)主變，容量為20000KVA，其中2#和3#主變并列運(yùn)行供30000KW電機(jī)試車。2#主變ΔUK2%=8.76%，3#主變ΔUK3%=8.67%。根據(jù)（3–1）式可得：
　　ΔUK%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%＜5%
　　因此，2#和3#主變滿足并列運(yùn)行的短路電壓差值的要求。
　　3.1.1相同臺(tái)數(shù)并列的運(yùn)行方式
　　3.1.1.1兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行
　　兩臺(tái)變壓器A、B并列運(yùn)行時(shí)，組合技術(shù)參數(shù)的空載損失和短路損失為兩臺(tái)之和：
　　ΔP0=PA0+PB0（3–2）
　　ΔPK=PAK+PBK（3–3）
　　如有AB及CD兩種兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其功率損失計(jì)算公式為：
　　ΔPAB=PAB0+2PABK（3–4）
　　ΔPCD=PCD0+2PCDK（3–5）
　　根據(jù)（3–4）、（3–5）式可解得臨界負(fù)載系數(shù)L：
　　LP=[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–6）
　　LQ=[（QABO–QCDO）/（QCDK–QABK）]1/2（3–7）
　　LZ=[（PABZO–PCDZO）/（PCDZK–PABZK）]1/2（3–8）
　　SL=2Se[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–9）
　　如果SL的計(jì)算結(jié)果為虛數(shù)時(shí)，選擇空載損耗較小的運(yùn)行方式；如果SL為實(shí)數(shù)時(shí)，當(dāng)負(fù)載小于臨界負(fù)載時(shí)，選擇空載損耗較小的運(yùn)行方式，反之選擇空載損耗較大的運(yùn)行方式。
　　3.1.1.2多臺(tái)變壓器并列運(yùn)行
　　如有N臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)，組合技術(shù)參數(shù)的空載損失和短路損失為各臺(tái)之和：
　　ΔPNO=ΣPi0（3–10）
　　ΔPNK=ΣPiK（3–11）
　　如有甲、乙兩種N臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其功率損失計(jì)算公式為：
　　ΔPN甲=ΣPi0甲+2ΣPiK甲（3–12）
　　ΔPN乙=ΣPi0乙+2ΣPiK乙（3–13）
　　根據(jù)（3–12）、（3–13）式可解得臨界負(fù)載系數(shù)L：
　　LP=[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–14）
　　LP=[（ΣQi0甲–ΣQi0乙）/（ΣQiK乙–ΣQiK甲）]1/2（3–15）
　　LP=[（ΣPiZ0甲–ΣPiZ0乙）/（ΣPiZK乙–ΣPiZK甲）]1/2（3–16）
　　SL=NSe[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–17）
　　如果SL的計(jì)算結(jié)果為虛數(shù)時(shí)，選擇空載損耗較小的運(yùn)行方式；如果SL為實(shí)數(shù)時(shí)，當(dāng)負(fù)載小于臨界負(fù)載時(shí)，選擇空載損耗較小的運(yùn)行方式，反之選擇空載損耗較大的運(yùn)行方式。
　　3.2變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)
　　由于變壓器各種運(yùn)行方式的有功損失和無功損失隨著負(fù)載發(fā)生非線性變化的特性，因此就存在著在某一負(fù)載系數(shù)條件下運(yùn)行，其有功損失和無功損失最低的情況，稱此負(fù)載系數(shù)為運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)。
　　3.2.1單臺(tái)變壓器運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)
　　3.2.1.1有功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP=（Po/Pk）1/2（3-18）
　　3.2.1.2無功經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jQ=（Io%/Uk%）1/2（3-19）
　　根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可知，隨著變壓器的容量增大，有功損失系數(shù)稍微下降，而無功損失系數(shù)則明顯下降，特別是當(dāng)變壓器容量增大到10000KVA以上時(shí)，jP、jQ下降更加明顯。隨著變壓器耗能參數(shù)的改善，經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP有較大的下降，而jQ下降更加明顯。所以，由于變壓器的材質(zhì)不同，容量不同，再加上制造水平不同，其經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)jP、jQ存在著很大差異。
　　4.變壓器運(yùn)行方式的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)
　　4.1單臺(tái)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)
　　由于變壓器損失率的負(fù)載特性是一個(gè)非線性函數(shù)，所以，如圖4-3中可按損失率的大小分成三個(gè)運(yùn)行區(qū)：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，不良運(yùn)行區(qū)和最劣運(yùn)行區(qū)。運(yùn)行區(qū)間臨界條件的計(jì)算公式是在“大馬拉小車”臨界條件的基礎(chǔ)上導(dǎo)出的。
　　
　　4.2根據(jù)式（4-6）可知，在一般情況下Lj有兩個(gè)根，即圖4-3中A、B兩點(diǎn)。所以，當(dāng)負(fù)載系數(shù)在Lj2~Lj1內(nèi)變化時(shí)，變壓器處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)，損失率是較低的，其變化范圍ΔPd%~ΔPLj%。
　　4.3根據(jù)上圖可知，L只有一個(gè)根，即圖中點(diǎn)L。區(qū)間L~Lj2及Lj1~1稱不良運(yùn)行區(qū)。在此區(qū)間內(nèi)變壓器損失率是比較大的，變化范圍是ΔPLj~ΔPLL%，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。
　　4.4圖4-3中0~L是最劣運(yùn)行區(qū)，通稱過輕載運(yùn)行區(qū)間，變壓器損失率很大，運(yùn)行極不經(jīng)濟(jì)。
　　5.科學(xué)管理和變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　5.1變壓器更新和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　更新變壓器必然會(huì)帶來有功電量和無功電量的節(jié)約。但要增加投資，這里也存在一個(gè)回收年限的問題。變壓器不是損壞后才更新，而是老化到一定程度，還要有一定剩值時(shí)就可以更新。變壓器廠家對(duì)各種不同型式、不同容量的變壓器的使用壽命都有規(guī)定，一般為20年。使用單位按這一規(guī)定年限提取設(shè)備折舊費(fèi)，并進(jìn)行變壓器更新。
　　5.2技術(shù)管理和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行
　　5.2.1減少變壓器的降壓次數(shù)，就減少了變壓器的損耗。
　　5.2.2在安全條件的允許下，對(duì)于變比小于2的變壓器，盡量采用自耦變壓器。自耦變壓器和同容量的兩線圈的變壓器相比，有功和無功損耗要減小很多。
　　5.2.3不同的功率因數(shù)引起的變壓器有功和無功消耗也不同，即隨著功率因數(shù)的提高，變壓器的有功和無功消耗都要下降。因此，應(yīng)盡量提高功率因數(shù)，降低變壓器的無功功率。
　　5.2.4變壓器繞組的電阻隨著溫度增高而增大。對(duì)同一臺(tái)變壓器在同一負(fù)載下，如果溫度越低，損耗也越低。因此，應(yīng)作好變壓器散熱，降低變壓器的溫度。
　　6.結(jié)束語
　　如上所述，開展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍很廣，辦法很多，節(jié)電效果也很好。
　　6.1首先是充分利用現(xiàn)有設(shè)備條件，通過詳細(xì)分析和嚴(yán)密計(jì)算，選擇技術(shù)參數(shù)好的變壓器和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式運(yùn)行
　　6.2其次通過加強(qiáng)供電的科學(xué)管理來實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
　　6.3對(duì)不合理的運(yùn)行方式，必須用新增設(shè)變壓器實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。所增加的投資，通過節(jié)電很快能收回。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行天津科學(xué)技術(shù)出版社
　　[2]電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)出版社