輕負(fù)荷時(shí)期減少變壓器損耗的運(yùn)行方式簡(jiǎn)介
由于電力工程必須超前建設(shè)的特點(diǎn)，一些新投入的變配電工程在一段短時(shí)期內(nèi)(1～2 a)負(fù)荷較輕。而變壓器的損耗在中低壓電網(wǎng)的線損中占的比例較大，尤其是輕負(fù)荷時(shí)占的比例更大。電網(wǎng)中存在一定數(shù)量輕載運(yùn)行的變壓器，即所謂“大馬拉小車”的現(xiàn)象，無疑對(duì)降損節(jié)能不利，如何解決這個(gè)問題已是電力系統(tǒng)線損管理中的一個(gè)老話題。
1 、變壓器的負(fù)荷與損耗的關(guān)系
變壓器的有功功率損耗是空載損耗和負(fù)載損耗之和?？蛰d損耗是一個(gè)常數(shù)，它不隨變壓器的負(fù)荷變化而變化。而負(fù)載損耗則是隨著負(fù)荷電流的變化而變化，它與負(fù)荷電流的平方成正比。在一定負(fù)載電流下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
P=P0+PL，
式中 P——變壓器的總損耗功率;
P0——變壓器的空載損耗功率;
PL——變壓器在一定負(fù)載電流下的負(fù)載損耗功率。
負(fù)載損耗又與負(fù)荷電流I的平方成正比，即
PL=I2R，
式中 R——變壓器繞組的等值電阻。
變壓器銘牌中給出了空載損耗P0和額定負(fù)載損耗PK，PK可表示為：
PK=In2R，
式中 In——變壓器額定負(fù)荷電流。
至此，可得出變壓器在負(fù)荷電流為I時(shí)的總損耗值如下式：
P=P0+(I2/I2n)PK.
2 、不同運(yùn)行方式下變壓器損耗的比較
運(yùn)行中的變壓器，除了存在一定的有功功率損耗外，還要消耗一定的無功功率(勵(lì)磁功率和漏磁功率)，無功功率在聯(lián)接該變壓器電源側(cè)電網(wǎng)中也引起有功功率損耗，本文只討論不同運(yùn)行方式下變壓器本身的有功功率損耗。
2.1 兩臺(tái)相同容量變壓器分列運(yùn)行與單臺(tái)帶全部負(fù)荷的比較
此方式比較的前提條件是兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷電流之和不大于其中一臺(tái)的額定電流。假設(shè)兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí)，每臺(tái)帶的負(fù)荷電流均為I，此時(shí)兩臺(tái)變壓器的損耗之和為：
P2T=2PT=2[P0+(I2/I2n)PK]. (1)
如果兩臺(tái)變壓器的負(fù)荷由其中一臺(tái)兼供，另一臺(tái)變壓器停運(yùn)備用，此時(shí)帶負(fù)荷的一臺(tái)變壓器損耗為：
P1T=P0+(4I2/I2n)PK. (2)
令P2T=P1T，由(1)式和(2)式可求得兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行和一臺(tái)變壓器帶全部負(fù)荷時(shí)總損耗相等的臨界負(fù)荷電流值I′，
即 (3)
當(dāng)II′時(shí)，則兩臺(tái)分列運(yùn)行時(shí)的總損耗小于單臺(tái)帶全部負(fù)荷的損耗。
2.2 單臺(tái)不同容量的變壓器分別帶相同負(fù)荷時(shí)的比較
假設(shè)兩臺(tái)不同容量的變壓器帶相同的負(fù)荷電流I(前提條件是I小于容量較小的一臺(tái)配變的額定電流)。容量大的一臺(tái)空載損耗為P10，短路損耗為P1K，額定負(fù)荷電流為I1n;容量小的一臺(tái)空載損耗為P20，短路損耗為P2K，額定負(fù)載電流為I2n。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的損耗相等，即P1=P2時(shí)，則
P10+(I2/I21n)P1K=P20+(I2/I22n)P2K. (4)
解(4)式可得臨界負(fù)荷電流I″：
(5)
當(dāng)負(fù)荷電流II″時(shí)，容量大的一臺(tái)損耗較小。
3 、110 kV終端變電站主變壓器運(yùn)行方式的選擇
一般新投入的110 kV終端變電站都安裝兩臺(tái)主變壓器，而且在多數(shù)情況下負(fù)荷較輕。為了減少變壓器的損耗，根據(jù)2.1節(jié)可得，當(dāng)兩臺(tái)主變壓器的平均負(fù)荷電流I
例如，黃埔供電局某110 kV變電站，兩臺(tái)主變壓器型號(hào)為SFZ8-40000/110，空載損耗P0=32 kW，短路損耗PK=162 kW，額定電流In=2 200 A。代入(3)式得I′=691 A。
即當(dāng)分列運(yùn)行時(shí)每臺(tái)主變壓器平均負(fù)荷電流小于691 A時(shí)，采用一臺(tái)主變壓器帶全站負(fù)荷，另一臺(tái)主變壓器備用自投的運(yùn)行方式，可減少變電站主變壓器的總損耗，當(dāng)每臺(tái)主變壓器的平均負(fù)荷電流等于或大于691 A時(shí)，則采用主變壓器分列運(yùn)行的方式較好。
4 、10 kV配電變壓器運(yùn)行方式的選擇
一些新建的商住小區(qū)，建筑密集，報(bào)裝負(fù)荷較大，小區(qū)內(nèi)配電變壓器之間距離較短，區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)的線損中，配電變壓器的損耗占比例較大。新建初期區(qū)內(nèi)入住率低，負(fù)荷較輕且較分散。而小區(qū)內(nèi)的配電工程一般按規(guī)劃用電負(fù)荷一步到位安裝配電變壓器，這就造成了“大馬拉小車”現(xiàn)象。另外，夏季高峰負(fù)荷與冬季負(fù)荷比較，冬季負(fù)荷較輕，每到冬季也會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象。解決這一問題的傳統(tǒng)做法是更換成小容量的變壓器。
例如，把一臺(tái)630 kVA的配電變壓器更換為315 kVA的配電變壓器，以某變壓器廠產(chǎn)品參數(shù)為例作計(jì)算。SC3-630/10型配電變壓器的參數(shù)為：
P10=1 800 W，P1K=5 270 W，I1n=909.3 A;SC3-315/10型配電變壓器的參數(shù)為P20=1 200 W，P2K=3 150 W，I2n=454.7 A。代入(5)式得I″=260.2 A。
當(dāng)負(fù)荷電流小于260.2 A時(shí)，把630 kVA變壓器換成315 kVA變壓器，可以減少變壓器的損耗。
如果有兩臺(tái)鄰近的630 kVA配電變壓器，在低壓側(cè)用聯(lián)絡(luò)線聯(lián)結(jié)，兩臺(tái)配電變壓器的負(fù)荷由其中一臺(tái)來供給，另一臺(tái)停運(yùn)備用。根據(jù)(3)式可得I′=375.8 A。
如果聯(lián)絡(luò)線很短，聯(lián)絡(luò)線的損耗可以忽略不計(jì)，當(dāng)單臺(tái)配電變壓器平均負(fù)荷電流小于375.8 A時(shí)，就可以采用上述方法減少變壓器的損耗。
又假設(shè)有兩臺(tái)鄰近的630 kVA配電變壓器，比較上例中的兩種方式的總損耗。若單臺(tái)配電變壓器平均負(fù)荷電流為200 A，按上例的前一種方式，用兩臺(tái)315 kVA的配電變壓器代換630 kVA的配電變壓器，則兩臺(tái)315 kVA配電變壓器的損耗之和為：
P2=2P20+2(I2/I22n)P2K=3619 W.
按后一種方式，則一臺(tái)630 kVA配電變壓器帶400 A負(fù)荷，其損耗為
P1=P10+(I2/I21n)P1K=2820 W.
顯然，如果有兩臺(tái)鄰近的配電變壓器，上例中的后一種方式比前一種方式變壓器的總損耗小。由此可以推得，當(dāng)每臺(tái)配電變壓器的平均負(fù)荷電流越小，上例中后一種方式降損效果越顯著。
在實(shí)際應(yīng)用中，用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式只需操作低壓開關(guān)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。而更換變壓器，不僅工作量大，而且還要有相當(dāng)數(shù)量的備用變壓器，效果還不如用聯(lián)絡(luò)線的方式好，經(jīng)濟(jì)上也不合算。用聯(lián)絡(luò)線的方法，可推廣到鄰近的多臺(tái)變壓器，只要作簡(jiǎn)單計(jì)算即可得出臨界負(fù)荷電流，這里不詳述。建議在小區(qū)配網(wǎng)設(shè)計(jì)上，增加低壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線，線徑可按配電變壓器的額定負(fù)荷電流的1/3～1/2考慮，施工時(shí)一步到位，建成后的小區(qū)配電變壓器便可靈活轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式了。
5 、結(jié)論
a)對(duì)于新投運(yùn)的110 kV終端變電站，如裝有兩臺(tái)主變壓器，當(dāng)每臺(tái)變壓器平均負(fù)荷電流小于(3)式所計(jì)算的I′時(shí)，采用一臺(tái)主變壓器帶全站負(fù)荷，另一臺(tái)備用自動(dòng)投入的方式，既可減少變壓器損耗，又保證了供電可靠率。
b)對(duì)單臺(tái)運(yùn)行的配電變壓器，當(dāng)負(fù)荷電流小于(5)式所計(jì)算的I″時(shí)，可用更換成小容量的配電變壓器的方法來減少變壓器的損耗。
c)對(duì)于已安裝有多臺(tái)配電變壓器新建的商住小區(qū)，建議采用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式。當(dāng)相鄰兩臺(tái)配變的平均負(fù)荷電流小于(3)式所計(jì)算的I′時(shí)，通過低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線由其中一臺(tái)帶全部負(fù)荷，另一臺(tái)停電備用，其減少變壓器損耗的效果較優(yōu)。這種方法推廣到相鄰多臺(tái)配電變壓器的情況下應(yīng)用，可以最大限度地減少“大馬拉小車”造成的損耗。
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