焦化厂动力车间1#变电站主变损耗计算

杨祝山

摘 要：山钢股份莱芜分公司焦化厂动力车间1#变电站2台变压器目前采用分列运行方式，针对变压器负载率在70%左右时运行最为节能的说法，作者通过大量的计算，计算出变压器两种运行方式的损耗情况，通过计算对比得出1#变电站2台变压器分列运行是较为节能，故1#变电站主变还需维持目前分列运行的方式。

关键词：变压器；损耗；计算；分列运行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.169

我厂1#变电站共有主变两台，型号为SFZ11-25000/35，运行方式为分列运行，低压侧总负载电流约为1800A。通过两种计算方式，比较此两台变压器两种运行方式（分列运行、单台运行）的损耗情况，确定出较为经济的运行方式。

1 简单算法

变压器损耗主要包含两方面：

空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。

负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比；

负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。

变压器损耗=空载损耗+负载损耗

空载损耗供料=16.4kW（变压器名牌）

负载损耗=I2R=94.15kW（变压器名牌，此为满负荷损耗）

由負载损耗可以推算出R=94.15/ I2=1.8*10-5（I=2291A）

主变分列运行时，电流按照900A计算，则单台变压器损耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+900*900*1.8*10-5=30.98 kW，两台变压器共计损耗=2*30.98 kW=61.96 kW

单台主变运行时，电流按照1800A计算，则主变损耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+1800*1800*1.8*10-5=74.72 kW

由此可以看出主变分列运行时的损耗要小于单台主变运行时的损耗，故维持目前主变分列运行方式较为节能。

2 正式计算

变压器损耗计算公式 ：

（1）有功损耗：ΔP=P0+KT*PK* β平方

（2）无功损耗：ΔQ=Q0+KT*QK* β平方

（3）综合功率损耗：ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ

式中：

P0——-空载损耗（kW） =16.4

PK——-额定负载损耗（kW）= 94.15

Q0——-空载无功损耗（kvar） Q0≈I0%Se =0.0016*25000=40

QK——-额定负载漏磁功率（kvar）

QK≈UK%Se

I0%——变压器空载电流百分比。

UK%——短路电压百分比（变压器的短路阻抗百分比，在数值上与变压器短路电压百分比相等 ）=0.0791=0.08

KT——-负载波动损耗系数 （≈1.05）

KQ——-无功经济当量（kW/kvar）

一级变压KQ取0.02～0.04，二级变压KQ取0.05～0.07，三级变压KQ取0.08～0.10 （1#变电站主变按照一级变压器取KQ=0.03）

β ——-平均负载系数 （β=S/Se）

S--运行时负荷容量（kVA）=8571 kVA（1#主变运行容量，1月13日10时数据）

Se--变压器容量（kVA）=25000 kVA（名牌数据）

主变分列运行时，单台变压器损耗：

ΔP=P0+KT*PK*β2=16.4+1.05*94.15*（8571/25000）2=16.4+99*0.1156

=16.4+11.4=27.8

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（8571/25000）2=40+242.76=282.76

变压器综合功率损耗：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =27.8+0.03*282.76=36.28

主变分列运行时，两台变压器损耗=2*ΔPZ=72.56

按照如上计算，主变单台运行时损耗为：

ΔP=P0+KT*PK* β2=16.4+1.05*94.15*（2*8571/25000）2=16.4+99

*0.47=16.4+46.53=62.93

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（2*8571/25000）2=40+987=1027

主变单台运行时损耗为：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =62.93+0.03*1027=93.74

可以看出，主变单台运行功率损耗要大于主变分列运行时的损耗，故1#变电站主变宜维持目前分列运行方式。

3 结论

空载损耗Pt是只与变压器铁芯相关的常数，它不随变压器负载的变化而变化。而负载损耗Pf则为变压器绕组中的铜线圈电流损耗，根据P=I2R故Pf与负载电流的平方成正比。I0%、Ud%为变压器一个固定参数，它们由变压器铭牌或变压器技术参数说明书提供，故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。

1#变电站两台主变分列运行时，虽然增加了一台变压器的空载损耗（16.4），但分列运行可使负载损耗大大降低（2*I2R （主变分列运行）=29.16，I2R（主变单台运行）=58.32），综合考虑，主变分列运行较为节能。

（1）小结：假设变压器分列运行带全部负荷时，两台变压器运行电流分别为I，则变压器单台运行带全部负荷时运行电流为2I。

变压器分列运行带全部负荷时，变压器损耗=2*Pt+2*Pf=2* Pt +2* I2R（空载损耗Pt变压器固有参数）

变压器单台运行带全部负荷时，变压器损耗=Pt+Pf=Pt + （2I）2R= Pt +4I2R

由上可推出：变压器分列运行时，若运行电流I2= Pt/2R（R为变压器固有参数，可以计算出）时，运行方式对变压器是否经济运行无影响；若运行电流I2〈 Pt/2R时，则单台变压器运行较为节能，反之，则分列运行较为节能。

（2）结论：1）变压器负荷率在70%左右，变压器运行最为经济的说法，应该是设计初期考虑的问题，变压器投产后，运行方式对变压器是否经济运行的影响，应该通过计算得出，而不仅仅考虑负荷率的因素。2）通过两种算法都可以看出：1#变电站主变分列运行时的损耗要小于单台主变运行时的损耗，再考虑安全稳定运行因素，1#变电站两台主变宜维持目前分列运行方式。