变压器经济运行分析及其在生产实践中的应用

严之光

(云锡股份公司设备能源部， 云南 个旧 661000)

电力节能

变压器经济运行分析及其在生产实践中的应用

严之光

(云锡股份公司设备能源部， 云南 个旧 661000)

介绍了变压器经济运行的理论计算、经济运行区的划分。通过计算分析，在用3 200 kVA变压器属于非经济运行区，将其更换为1 600 kVA变压器后，在最佳经济运行区运行，节电及综合经济效益显著。

变压器经济运行； 节电； 综合经济效益

云锡集团(控股)有限责任公司是一个集采矿、选矿、冶炼、化工、机械制造等为一体的特大型企业，主要产品有锡、铜、铅、锌、镍等。下属29个生产单位，有110 kV降压站2座、35 kV降压站20座，共有39台主变压器，合计容量35万kVA， 所供二次降压变压器2 250台，合计容量56万kVA。2013年总用电量12亿kW·h，变压器电能损耗约占总用电量的4.5%，即变压器年电能损耗为5 400万kW·h。变压器经济运行就是要在变压器年损耗电量中挖掘节电潜力。 因此，开展变压器经济运行研究，对降低电力系统的电能损耗有重要意义。

变压器经济运行是在确保变压器安全运行和保证可靠供电的基础上，通过择优选取变压器的经济运行方式，调整优化负载，改善变压器运行条件等技术措施，从而最大限度地降低变压器的电能损耗。变压器经济运行的实质就是变压器的节电运行。变压器经济运行节电技术是把变压器经济运行的优化理论和定量化计算方法与变压器各种实际运行工况相结合的一项应用技术。

本文结合生产实际对在用3 200 kVA变压器进行分析计算后发现该变压器运行不经济，更换变压器后，达到了节电目的，综合经济效益显著。

1 变压器经济运行的基础理论

1.1 变压器技术参数

双绕组变压器经济运行分析计算时常用到的变压器参数有：

(1) 额定参数：变压器的额定容量SN；

(2) 技术参数：空载电流(励磁电流)Io% ；短路电压(短路阻抗)Uk%; 空载损耗(铁芯损耗)Po；额定负载损耗(短路损耗)Pk。

在进行变压器经济运行的分析和计算时，为了简化计算，常近似认为：

Qo≈So=Io%SN×10-2

(1)

Qk≈Sk=Uk%SN×10-2

(2)

式中：Qo——变压器在空载时电源侧的励磁功率(无功功率)，kvar；

Qk——变压器额定负载时所消耗的漏磁功率(无功功率)，kvar。

1.2变压器综合功率损耗和综合功率损耗率

综合功率损耗是指变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。

综合功率空载损耗：

Poz=Po+KQQo

(3)

综合功率额定负载损耗：

Pkz=Pk+KQQk

(4)

式中：KQ——无功经济当量，kW/kvar。

变压器综合功率损耗:

ΔPz=Poz+KTβ2Pkz

(5)

式中：KT——负载波动损耗系数可由计算法或者查表法获得[1]；

β——T时间内变压器的平均负载系数，

β=ATP/(TSNcos∮)

(6)

式中：ATP——T时间内变压器计量侧的电量， kW·h； cos∮——T时间内变压器计量侧平均功率因数。

变压器的综合功率损耗率：

ΔPz%=ΔPz/P1=(Poz+KTβ2Pkz)/
(βSNcos∮+PO+KTβ2Pk)

(7)

2 变压器经济负载系数与经济运行区

2.1 变压器经济负载系数

由公式(7)可知，变压器损耗率ΔPz%是变压器负载系数的二次函数，变压器在运行中，其自身的有功损耗率和无功损耗率随着负载的变化而发生非线性变化，综合功率损耗率随负载系数呈非线性变化，最低点为综合功率经济负载系数βJZ，是综合功率损耗率最低时变压器输出视在功率与额定容量之比。计算公式为：

(8)

即非线性变化在最低点时铜损等于铁损，之后ΔPz%又随着β的增大而上升，即βJZ是最小损耗率ΔPzb%的负载系数。

变压器综合功率最低损耗率：

(9)

2.2 变压器经济运行区和最佳经济运行区的划分

由于变压器的经济负载系数仅是变压器负载曲线上的一点，当负载在一定范围内波动时，校验变压器的经济运行条件很困难。因此，国家标准GB/T13462—92《工矿企业电力变压器经济运行导则》提出了变压器经济运行的概念，并给出了按综合功率确定变压器经济运行区的方法。该标准在变压器经济运行区内又提出变压器经济运行区的优选运行段(即最佳经济运行区)，并给出了其确定方法。

注：ΔPz% =f(β)为变压器综合功率损耗率与平均负载系数β的函数特性曲线。变压器综合功率运行区间的范围划分为：经济运行区；最佳运行区(优选段；非经济运行区图1 变压器综合功率运行区划分

2.3 调整变压器在最佳经济运行区运行

调整变压器在最佳经济运行区运行后，可节约电量：

(10)

AZP——节电量，kW·h；

Poz1——原运行变压器的综合功率空载损耗，kW；

Poz2——更新后变压器的综合功率空载损耗，kW；

Pkz1——原运行变压器的综合功率额定负载损耗，kW；

Pkz2——更新后变压器的综合功率额定负载损耗，kW；

SN1——原运行变压器的额定容量，kVA；

SN2——更新后变压器的额定容量，kVA；

T——年运行时间，h；

KT——负载波动损耗系数。

3 变压器经济运行理论在生产实践中的应用

云锡下属单位一座35 kV变电站建于上世纪80年代，变压器容量3 200 kVA，平均负载系数仅有0.18。下面分析该变压器的经济运行状况，并更换变压器使之处于最佳经济运行区。

3.1 原运行变压器分析

原运行变压器型号SJ- 3200 35/10 kV，

技术参数：Io1%=3.2%，Uk1%=7.1%，Po1=10.5 kW，Pk1=33.5 kW。

(1) 根据(1)、(2)、(3)、(4)式计算Qo1、Qk1、Poz1、Pkz1：

Qo1≈So1=Io1%SN×10-2= 3.2×3 200×10-2=102.4 kvar

Qk1≈Sk1=Uk1%SN×10-2=7.1×3 200×10-2= 227.2 kvar

Poz1=Po1+KQQo1=10.5+0.03×102.4=13.57 kW

Pkz1=Pk1+KQQk1=33.5+0.03×227.2=40.32 kW

KQ取0.03(实际功率因数cos∮=0.98，根据GB/T13462—92规范，当变压器负载侧功率因数补偿到0.9以上时，KQ取0.02～0.04)。

根据(8)式计算出变压器综合功率经济负载系数：

根据以上计算结果，可划分出变压器的各运行区间，见表1。

表1 3 200 kVA变压器综合功率运行区间表

(2) 按(6)式计算出该变压器全年的平均负载系数：

全年实际用电量ATP=4 548 600 kW·h，cos∮=0.94，T=8 640 h(360 d)，则：

β1=ATP/(TSN1cos∮) =
4 548 600/(8 640×3 200×0.94)=0.18

该变压器全年平均负载系数β为0.18，按表1综合功率运行区间划分，该变压器在非经济运行区运行。

根据值班记录，典型负荷代表日的用电负荷计算出形状系数Kf=1.06，负载波动系数KT与Kf的关系式：

按(2)式计算现运行变压器工况负载综合功率损耗率：

ΔPz1% =ΔPz/P1=13.57+1.124×0.182×
40.32)/(0.18×3 200×0.94+10.5+1.124×
0.182×33.5)×100%=2.72%

按(9)式计算现运行变压器综合功率最低损耗率：

ΔPzb1%=(2×13.57)/(0.58×3200×0.94+
10.50 + 0.582×33.5)×100% =1.54%

通过计算可知3 200 kVA变压器按照现在的方式运行，综合功率损耗率较大，比变压器综合功率最低损耗率高1.18%。加之因生产流程调整负荷减少，变压器富裕容量较大，月基本电费支出为8.64万元(27元/kVA)，运行不经济。因此，提出了选用小容量节能型变压器更换此变压器。

根据该公司的负荷统计，平均生产负荷492 kW,最大负荷1 350 kW，故决定选用1 600 kVA变压器。

3.2 更换后的新型低损耗节能变压器分析

新变压器型号S13- 1600 35/10 kV，

技术参数：Io2%=0.5%，Uk2%=6.5%，Po2=1.27 kW，Pk2=16.67 kW。

同样按(1)、(2)、(3)、(4)、(8)式分别计算出：

Qo2=8 kvar，Qk2=104 kvar，Poz2=1.51 kW，
Pkz2=19.79 kW，βJZ2=0.28。

根据以上计算结果，可划分新变压器的运行区间，如表2所示

表2 1 600 kVA变压器综合功率运行区间表

按(6)式计算出新变压器全年的平均负载系数：

β2=ATP/(TSN2·cos∮)=4 548 600/
(8 640×1 600×0.94)=0.35

由表2可知，更换为1 600 kVA变压器后，该变压器在最佳经济运行区内运行，按(7)式计算其综合功率损耗率为：

ΔPz2% =(1.51+1.124×0.352×19.79)/
(0.35×1 600×0.94+1.27+1.124×
0.352×16.67)×100%=0.80%

ΔPzb2%=(2×1.51)/(0.28×1 600×0.94+
1.27+0.282×16.67) ×100% =0.71%

通过上述计算，综合功率损耗率与综合功率最低损耗率基本接近，说明变压器运行合理。

3.3 节能、经济效益分析

将3 200 kVA变压器更换为1 600 kVA低损耗变压器，变压器由非经济运行区变为最佳经济运行区运行，其综合功率损耗率由2.72%减少到0.80%，下降了1.92%。

年节约电量：按(10)式计算

AZP=(13.57-1.51)×8 640+1.124×
(4 548 600/ 8640×0.94)2×(40.32/3 2002-
19.79/1 6002)×8 640=92 653.4 kW·h

年节约电费5.56万元(综合电价0.60元/kW·h)。

新购置S13- 1600 35/10 kV变压器，投资17.5万元，3年即可收回投资。

另外，变压器更换后年节约变压器容量费(基本电费)开支：

(3 200-1 600)kVA×27元/kVA·月×12月=51.84万元，经济效益显著。

4 结束语

变压器是电压变换设备，在供电和配电系统中应用非常广泛且数量大，减少变压器损耗，其节能效果较显著。云锡在用的变压器，特别是二次降压变压器还有部分存在运行不合理的问题，将积极应用变压器经济运行节电技术对其运行方式和负载进行优化调整，使变压器处于最佳经济运行区，从而最大限度地降低变压器的电能损耗。

[1] GB/T13462—1992 工矿企业电力变压器经济运行导则[S].

[2] 胡景生等. 变压器经济运行[M]. 北京：中国电力出版社，1999.

[3] 姜子刚.节能技术[M].北京：中国质检出版社、中国标准出版社，2013.

AnalysisofTransformerEconomicalOperationandItsApplicationinProductionPractice

YAN Zhi-guang

The theoretical calculation of transformer economic operation and division of economic operation zone are introduced in this paper. Through the calculation and analysis, it showed that 3 200 kVA transformer in service belongs to non-economic operation zone. After replacing it, the new 1 600 kVA transformer runs under the optimizing economic operation zone. The energy saving and comprehensive economic benefit are obvious.

transformer economic operation; energy saving; comprehensive economic benefit

2014-08-11

严之光(1958—)，男，云南个旧人，专科，电气高级工程师，从事设备能源管理工作。

TM4

B

1008-5122(2015)01-0034-04