Equation Chapter 1 Section 1 水电站变压器经济运行方式分析

王 矛

（陕西省汉中市石门水库管理局，陕西 汉中 723000）

0 引言

降耗、节能作为发电企业降低成本的有效措施，在生产实践中发挥着重要作用。变压器在运行过程中其自身电能损耗约占整个电力系统损耗的30%，因此，变压器经济运行对发电厂节能降耗具有重要的意义。

由于变压器的容量、电压等级、铁芯、绕组结构及制造工艺等不同，不同变压器之间的技术特性和参数存在着差异，在相同的发电负荷条件下，不同的运行方式产生的电能损耗也不同。在多种运行方式下选择损耗小的运行方式即变压器经济运行方式对于节省发电厂生产成本具有潜在价值。变压器经济运行是在确保其安全运行及保证供电量的基础上，充分利用现有设备，通过其运行方式的合理选取、负荷曲线的优化调整、运行位置的优化组合以及运行条件的改善等措施，最大限度地降低变压器的电能损耗和提高其电源侧功率因数。

本文对水电站变压器经济运行方式进行探讨，根据水电站监控综合自动化系统实时采集到的变压器相关数据设计变压器经济运行方式分析方法，探寻安全、经济的变压器运行方案，对于水电站稳定运行和长足发展具有积极的现实意义。

1 变压器运行存在的问题

目前，水电站以机组安全运行为主，对变压器经济运行考虑较少，变压器备用容量大，不同程度的非经济运行主要表现在以下五个方面：

（1）一台变压器能承担的负载，就不用两台承担；

（2）小容量变压器能承担的负载，就不用大容量的变压器承担。

（3）变压器负荷率很小，即“大马拉小车”方式运行；

（4）变压器是高效能的设备，经济运行无潜力可挖，

（5）变压器利用率越高，变压器损耗的电能越小。

上述单一以变压器容量利用率判断其运行状态优劣并不合理，它们只是单一的强调空载损耗，而忽略负载损耗这一重要因素，因此出现隐性浪费电能的现象。

2 变压器功率损耗计算

变压器功率损耗包括有功损耗和无功损耗，主要由两部分组成，即空载损耗和负载损耗。空载损耗是与负载大小无关的固定损耗，负载损耗是与负载平方成正比的可变损耗。根据变压器参数和运行工况可确定变压器功率损耗。

（1）单台双绕组变压器运行

其有功损耗：

式中：P0为变压器空载损耗；Pk为变压器额定负载功率损耗；SN为变压器额定容量；S 为变压器负载视在功率。

其无功损耗：

式中：Q0为变压器空载励磁功率；I0%为空载电流百分数，Qk为额定负载漏磁功率；Uk%为短路阻抗百分数。

（2）多台双绕组变压器并列运行

对于n 台变压器并列运行，其有功损耗和无功损耗如下：

3 变压器经济运行方式分析

在相同负载的条件下，变压器并列运行方式的有功损耗和无功消耗不仅与其运行台数有关，同时也与组合运行方式中变压器的容量和技术参数相关。因此对水电站内两台变压器的经济运行方式分析主要包括以下两个方面。

3.1 单台变压器技术特性的优劣分析

通过单台变压器有功损耗临界负载、无功消耗临界负载、判定变压器的技术参数优劣。

以节约有功为主，计算有功损耗临界负载；以提高功率因数为主，计算无功消耗临界负载。

3.2 两台变压器间的经济运行方式分析

当发电厂具有A、B 两台参数不同的变压器时，分析A 运行，在什么条件下投运B；或B 运行，在什么条件下投运A。即分析A-AB 之间、B-AB 之间的有功损耗临界负载、无功消耗临界负载。

4 基于水电站监控综合自动化系统的变压器经济运行方案

监控综合自动化系统在水电站的广泛使用为变压器经济运行的实用化奠定了坚实的基础。

变压器经济运行需考虑很多因素，如并列运行的经济运行方式、分列运行方式、负载率调整时的经济运行、负载的经济分配、特殊运行方式的经济运行、经济运行的动态计算、运行方式改变时的遥控操作等。

4.1 计算步骤

本文以某水电站两台变压器（计为变压器A、B）为例，其经济运行计算步骤如下：

计算出变压器A-B 之间功率损耗临界负载，确定该厂站中哪台变压器是单台经济运行方式。

求出A-AB 之间、B-AB 之间的临界负载。

计算结果见表1。

表1 两台变压器的参数和计算数据表

1B:P0=18.46 kW,Pk=101.77 kW，Q0=30 kVar,QK=2575 kVar；

2B:P0=23.51 kW,Pk=146.22 kW，Q0=40 kVar,QK=4176 kVar。

a.单台变压器运行时负载—有功损耗曲线图，见图1。

图1 单台变压器运行时负载—有功损耗曲线图

临界点为（8557.7 kVA，30.38 kW）。

b.单台变压器运行时负载—无功损耗曲线(局部)图，见图2。

图2 单台变压器运行时负载—无功损耗曲线(局部)图

临界点为（2573.43 kVA，57.28 kVar）。

c.两台变压器并列运行时负载分配曲线图，见图3。

横坐标：总运行负载,纵坐标：并列运行时的分配负载。

图3 两台变压器并列运行时负载分配曲线图

d.两台变压器运行时负载—有功损耗曲线（局部）图，见图4。临界点为（8557.7 kVA，30.38 kW）、（23778.1 kVA，75.18 kW）。e.两台变压器运行时负载—无功损耗曲线（局部）图，见图5。

图4 两台变压器运行时负载—有功损耗曲线（局部）图

图5 两台变压器运行时负载—无功损耗曲线（局部）图

临界点为（2573.43 kVA，57.28 kVar）、（5444.1 kVA，117.36 kVar）。

4.2 计算结果

1）只考虑有功损耗：总负载8557.7 kVA 以下投运1B，以上投运 2B；23778.1 kVA 以上 1B、2B 并列运行。

2）只考虑无功损耗：总负载2573.43 kVA 以下投运1B，以上投运 2B；5444.1 kVA 以上 1B、2B 并列运行。

5 结论

本文以变压器经济运行理论为依据，探讨水电站变压器经济运行方式，水电站监控综合自动化系统实时采集到的变压器相关数据设计变压器经济运行方式分析方法，通过工程化的实用计算公式，对站内两台变压器在不同运行方式下的损耗进行计算，利用其在不同运行方式下的功率损耗结果对其经济运行方式进行分析。