平衡并列运行变压器负荷的节能效果的探讨

李玉镇 薄利为

摘 要：该文通过具体计算探讨两台并列变压器所带负荷大小对总功率损耗的影响，指出通过电气运行人员的运行调整，使两台并列变压器的负荷率盡量相近，以达到两台变压器的总功率损耗最少的目的，更深入地挖掘变压器的节能潜力。

关键词：变压器 并列运行 平衡 节能

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0092-02

变压器有功电量损耗分为不变部分损耗和可变部分损耗，而可变损耗与负荷的大小成正比，所供负荷越大，损耗也越大，但两台并列变压器的最佳电能损耗并不能通过以下方式实现：其中一台变压器尽量多带负载，提高其负荷率和效率，而另一台变压器少带负载，甚至空载。因而变压器的最佳功率损耗通过减少变压器运行台数来达到并不现实，而是要充分考虑变压器参数及其所供负荷的大小。对于两台额定参数相同的变压器，通过平衡两台变压器所带负荷，使其负荷电流接近相同的情况下运行，能比一台变压器热备用，一台变压器带全部负荷或一台变压器负载大，一台变压器负载过轻的运行方式更能达到节电的效果。

我厂两台锅炉工作变7A、7B在机组正常运行的情况下，低压侧负载多，不仅带本段的各项负荷，也为锅炉保安段和锅炉各段MCC负荷提供电能，由于电厂大部分负荷都实行的双重配置，比如风机、油泵等都是双台配置的，它们互为备用，在一台发生故障时，另一台能及时联起保证机组正常运行，而为了保证安全，各双重配置的负载都分别接到不同的母线上。因而机组正常运行下，每台变压器所带负荷多少决定于运行人员对各需运行负荷的分配，运行人员在操作中对接于锅炉工作变7A上的负载使用过多，而锅炉工作变7B上的负载少运行，这就将使得锅炉工作变7A的负载过重，负荷率高，锅炉工作变7B上的负载过轻，负荷率低。这样就使得两台变压器平均效率不高，有功损耗大。下面将通过分析变压器并列运行时的有功损耗大小来确定变压器的最佳负荷率，从而达到最经济的运行方式。

1 变压器最佳负载系数

我厂#7机组7A、7B锅炉工作变同属明珠电气有限公司生产的干式变压器，其各项电气参数一致，其额定参数如表1。

变压器的二次侧负载电流与二次侧的额定电流的比值称为变压器的负载系数，用表示，由于厂用变压器在不同的负荷下功率因素近似不变，变压器运行的有功功率损耗为：

，无功功率损耗为，式中：是变压器的空载损耗，是变压器的短路损耗，为空载电流，阻抗电压。则变压器的功率损耗率：，式中：是变压器的额定容量。由此可知变压器的工作效率为：，显然当变压器工作效率最大时的负荷系数则为最佳负荷系数[1]，对变压器工作效率公式进行微分并使之等于0，有：，求其极值条件有：

，即变压器的最大效率发生在负载系数，故我厂两台锅炉工作变7A、7B的最大工作效率均发生在最佳负载系数时，也即负载电流为764.9A时变压器效率最大，此时变压器损耗最小，节能效果最佳。

2 并列变压器的损耗

变压器的损耗的可变部分是随着负载电流的增大而增大的，与变压器的负载系数的二次方成正比，变压器的损耗可表示为：；实际运行中，可认为在某一机组负荷条件下，我厂#7机组7A、7B锅炉工作变所带的总负载不变，负载系数为，

假设此时7A锅炉工作变所带的负载的负载系数为，则在总的负载不变的情况下，7B锅炉工作变所带的负载的负载系数为，此时并列的两台变压器的总损耗可表示为：

本厂两台锅炉工作变参数相等，空载损耗和短路损耗相同，故总的功率损耗也可表示为：

由数学的求极值公式可以得出，要使两台并列的变压器总损耗最小，则使，

即；由此可知，在任意的机组负荷的条件下，要使并列运行的两台变压器的总损耗最小，必须使得每台变压器的实际运行负荷相等。

3 平衡变压器负荷的节能计算

我厂7A、7B锅炉工作变分别带7A、7B段母线运行，两段母线间通过母线联络开关互为备用。由于机组启动时未能充分估算锅炉工作变所需启动负荷的多少，使得7A、7B锅炉工作变所带负荷未能得到平衡，偏差较大，同时由于运行过程中也没有充分贯彻变压器节能意识，在平时的转换负荷运行时，也未能纠正两台锅炉工作变的负荷偏差，现阶段在机组平均负荷为600MW时，我厂7A锅炉工作变高压侧电流约为53A，根据变比换算到低压侧电流为835A，负载系数为0.463；7B锅炉工作变高压侧电流约为20A，通过变比换算到低压侧电流为315A，负载系数为0.175.。可以看出7A锅炉工作变的负载系数大于最佳负载系数，而7B锅炉工作变的负载系数小于最佳负载系数，7B锅炉工作变的负载系数距离最佳负载系数较多。

此时7A锅炉工作变的有功功率损耗为：

7B锅炉工作变的有功功率损耗为：

两台锅炉工作变的总的有功损耗为：6.47kW。

此时可以通过运行调整使得变压器达到节能的效果，可有两种方式，一种是尽量平均分配两台变压器的负荷，使负荷电流尽量相等；另外一种方式是满足其中一台变压器在最佳负载系数下运行，另一台变压器带剩余负荷。

第一种方式下平均两台变压器负荷法，此时7A、7B锅炉工作变低压侧电流都为575A，负载系数都为0.319.。在这种运行方式下，7A锅炉工作变的有功损耗为：

7B锅炉工作变的有功功率损耗为：

两台锅炉工作变的总损耗有功功率为：6.03kW。

第二种方式下满足一台变压器达到最佳负荷系数，另一台带剩余负荷，此时7A锅炉工作变低压侧电流为765A，负载系数为0.424；7B锅炉工作变低压侧电流为385A，负载系数为0.213。在这种运行方式下，7A锅炉工作变的功率损耗为：

7B锅炉工作变的功率损耗为：

两台锅炉工作变的总损耗功率为：6.26kW

对比三种不同方式下两台锅炉工作变的总损耗可以看出在平均两台变压器负荷法下，总功率损耗最少为6.03kW，同时可以看出，并列变压器所带负荷偏差越大，所产生的有功功率损耗也越大。所以可以通过调整7A、7B段母线上负荷的运行情况，调整到7A、7B锅炉工作变低压侧电流基本平衡，达到功率损耗的最小化，可以比现阶段7A、7B锅炉工作变运行方式下功率损耗降低0.44kW，仅此一项运行操作调整，每年能减少7A、7B鍋炉工作变的电能损耗为3854.4kW，由于本厂还有其他双重配置的变压器，如7A7B汽机工作变、7A7B电除尘工作变、7A7B煤场工作变、7A7B脱硫工作变等，如果都能在运行操作中合理安排每段母线上的启动运行的负载，使得变压器负载接近于平衡，每年将能节省大量的电能，达成节能减排的目的。

4 结语

由上分析可以看出只通过调整变压器所带负荷以达到负荷的平衡，从而使得两台并列变压器运行的功率损耗降至最低。虽然通过此种方法所达到的降低损耗的数值不是很大，但此种调整方法胜在不需额外投资，不影响安全运行，也不需要进行任何逻辑的修改等，容易实施，只需要运行人员在调整操作中对启动运行负荷的合理安排即可实现，可以在需要启动的两台功率相差不大的电机时，一台电机接7A锅炉工作变运行，另一台接7B锅炉工作变；对于其他所需启动的负荷也按照同样的策略安排接于两台变压器母线上，即可使得两台变压器的负荷基本相等，负荷率平衡，使得变压器的损耗大大减少。并且从大的范围看，全国所有的电厂和电网拥有非常多的两台甚至三台或更多变压器并列运行的情况，如果在运行中调整负荷的运行情况，使所带的负荷均衡，将产生巨大的节能效应，能有效的促进节能减排，节约大量能源，产生可观的经济效益。

参考文献

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