朱 华
(中海石油(中国)有限公司湛江分公司,广东湛江 524057)
中海油南山终端厂区生产配电如图1所示,生产区配电由2台主变压器ATL-L-7220和ATL-L-7221提供,2台变压器参数一致(表1)。变压器有2种运行方式:当断路器1和断路器2合闸、断路器3处于分闸时,2台变压器并列运行;当断路器1和3合闸、断路器2分闸,或者断路器2和3合闸、断路器1分闸时,2台变压器中的任意一台变压器单独运行。
表1 变压器参数
生产区的2台变压器有时并列运行、有时单独带载,没有形成1套在不同负荷下的变压器不同运行管理模式,浪费了电能。在当前节能的背景下,形成1套固定的变压器经济运行方式十分必要。
电力变压器经济运行是指电力变压器运行时降低有功功率损耗、提高效率、获得最佳经济效益的运行方式。变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分[1]。变压器的有功损耗和无功损耗所换算的等效有功损耗,就称为变压器综合有功损耗。
图1 南山终端生产区配电
变压器无功功率的损耗,使得系统中的电流增大,增加了电力系统的有功损耗,可等效视为变压器有功损耗的增加。做法是引入1个换算系数即无功经济当量Kq,将无功损耗折算为等效有功损耗。
变压器在负荷为S时的有功损耗见式(1)。
式中ΔPT——变压器的有功损耗,kW
ΔQT——变压器的无功损耗,kVar
ΔP0——变压器的空载有功损耗,kW
ΔPK——变压器的短路有功损耗,kW
ΔQ0——变压器空载无功损耗,kVar
ΔQN——变压器额定负荷无功损耗,kVar
SN——变压器的额定容量,kV·A
变压器在负荷为S时的效率见式(2)。
式中P1——变压器输入有功功率,kW
P2——变压器输出有功功率(P2=P1-ΔP),kW
ΔP——有功损耗,kW
式中P1——变压器输入有功功率,kW
ΔP——有功损耗,kW
ΔP%——功率损耗率
β——负载系数
Sn——视在功率
cosφ——负载功率因数
以中海油南山终端电气负载为例,计算变压器损耗。根据以上公式,令负载系数β=S/Sn,cosφ取0.81,则南山变压器损耗和负载系数的关系为ΔP≈2.2+11.5β2,变压器效率和损耗的关系为,变压器损耗率和负载系数的关系为
在不同负载系数即不同负载下,变压器的功率损耗、效率和功率损耗率见表2。
表2 不同负载下的变压器损耗
根据表2,作出不同负载系数和变压器效率和变压器功率损失率图(图 2、图 3)。
可知,当变压器承担的负载系数β=0.4时,变压器效率最高,约为99% ,功率损耗率最低,约为1.23%。此时变压器处于最佳运行方式。
根据南山终端平时巡检记录可知 ,南山终端生产负载视在功率一般为S=355 kV·A,则负载系数β=355/1000=0.355。
图2 负载系数和效率关系
采用变压器并列运行方式时,由于2台变压器参数完全一致,可以近似认为2台变压器同等负载,单台变压器负载系数为β/2=0.177 5,则变压器功率损耗 ΔP1≈2×[2.2+变压器效率变压器损耗率
图3 负载系数和功率损耗率关系
如果采用1台变压器供电方式,则 β=0.355。变压器功率损耗 ΔP2≈2.2+11.5β2=3.65 kW;变压器效率变压器损耗率
由以上计算结果可知,在现有南山终端负载下采用1台变压器单独运行方式,无论是在功率损耗、变压器效率还是变压器损耗率,均优于2台变压器并列运行。此时,不仅变压器效率高、损耗率小、能延长变压器的使用寿命,而且还能减少变压器自身消耗,节约能源。
相比2台变压器并列运行,单独运行其中1台变压器每年节省电量 W=ΔP×T=(5.12-3.6)×365×24=13 315 kW·h。
为了给现场提供确切操作程序,明确在多大负荷下采取何种变压器运行模式,令在某一负载系数β下,变压器单独运行和变压器并联运行功率损耗相等,即ΔP1=ΔP2,则β=0.618。当β=0.618,即负载为618 kV·A时,此时2种运行方式变压器损耗相等。因此,当南山负载<618 kV·A时,应采用单台变压器单独供电方式;当负载>618 kV·A时,应采用2台变压器并列运行方式。
综上所述,对于有多台变压器参与的配电系统,完全可以通过变压器损耗和效率计算,找到不同负载下的变压器最佳经济运行方式。这样,不用增加任何额外的投资,就能达到既延长变压器寿命、利于成本控制,又能减少变压器自身损耗、节约电能的目的。