某总开闭所厂用变压器效率核算及优化运行

电力变压器作为电力系统的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域。由于变压器的工作原理和制造水平，在输送电能的同时必然存在电能损耗，但这并不是说变压器的电能损耗是不可减少，通过调整负载和选取最佳运行方式来发挥变压器效能，降低变压器损耗。变压器在变换电压等级和传递电能的过程中自身会产生有功功率损耗，因为变压器的技术特性，变压器的有功功率损耗随着负载的变化而产生非线性的变化，因此必须根据变压器的有关技术参数，通过合理地选择运行方式，充分利用现有的设备条件，才能达到节约电能的目的。

电力变压器的经济运行是某石化企业电力系统节能降耗的重要组成部分。随着全厂供电负荷中心转移至热电站，总开闭所现有4台6kV/380V 变压器负载率在0.03～0.21之间，这为开展变压器经济运行工作提供了空间。本文就总开闭所厂用变压器效率进行核算并提出优化方案。

1 变压器损耗和效率曲线

变压器的损耗分为两部分：第一部分为变压器的铁芯损耗、又称空载损耗或铁耗，它与负荷大小无关，只与变压器容量的大小和电压有关，也称为固定损耗或不变损耗，用ΔP0表示；第二部分为短路损耗、又称为铜耗，它与负荷大小有关，又称为可变损耗，用ΔPK表示。双绕组变压器的有功损耗为：

式中为变压器额定容量，S为变压器通过的视在功率。若有两台双绕组变压器并列运行，则总有功损耗为：

变压器所带负载功率为P，则有公式

通常变压器所带负载功率因数取为0.8。常年处于轻载或过载运行的变压器都属于不经济运行，负载率公式：

理论推导证明，运行中的 变压器的实际铜耗ΔPK等于铁耗ΔP0时，变压器的效率最高，损耗最低，此时的效率称为经济负载率，用βmax表示，其表达式为：

图1为变压器效率曲线。当负载率β 在0～β2max间变化时，效率η 在（0～ηN）间随β的增加而急剧增加，并有相对较低的运行效率。当β 在β2max～1.0间变化时，η 在（ηN～ηmax）间随β的增加而缓慢变化，并有相对较高的运行效率。

图1 变压器效率曲线

2 优化运行方案

总开闭所四台厂用变压器设备参数如下：1#、2#变压器。SCB8-800/6.3，ΔP0=1.740kW，ΔPK=7.867kW；3#、4#变压器。SCB8-1000/6，ΔP0=1.608kW，ΔPK=8.596kW。其中1#、2#变压器接于总开闭所主6kV室，其负载为4#、5#发电机辅机和水务中心精处理装置电动机。3#、4#变压器接于厂用6kV室，其负载为1#发电机辅机和主控制室电源（图2）。

表1 厂用变压器有功损耗及经济负载率

图2 总开闭所厂用变压器及系统运行方式示意图

通过企业的SMES3.0系统调取总开闭所变压器供电数据，分析计算得出各台变压器平均功率分别为P1#=25kW，P2#=133kW，P3#=25kW，P4#=27kW。根据公式（1）、（3）、（4）、（5）计算出厂用变压器有功损耗及经济负载率（表1）。根据公式（1）、（2）和变压器各项参数，绘制出变压器有功功率损耗与视在功率曲线（图3）。

图3 变压器有功功率损耗与视在功率曲线

通过以上分析可看出：四台变压器负载率都远低于其经济负载率，且四台变压器总视在功率为262.500kVA，小于四台变压器中任一台变压器的额定容量；3#变压器有功损耗曲线总在1#变压器有功曲线下方，即无论负载S为何值，3#变压器有功损耗总比1#变压器有功损耗小；在相同负载S且小于625kVA情况下，3#或4#单台变压器有功损耗小于3#、4#变压器并联的有功损耗，在相同负载S且大于625kVA情况下，3#或4#单台变压器有功损耗大于3#、4#变压器并联的有功损耗。

为了达到变压器经济运行，减少有功损耗，提高负载率，提出如下运行方案：将原1#、2#变压器所带负荷分别转移至3#、4#变压器，3#、4#变压器低压侧之间通过母联连接，在变压器保护施耐德S40中设置备自投程序，平时两台变压器一用一备，提高系统安全性（图4）。

图4 总开闭所优化后厂用变压器及系统运行方式示意图

根据公式（4）计算出3#变压器带整个低压负荷时，负载率β为0.263，介于0.187～0.433之间，具有相对较高的运行效率；根据公式（1）计算出有功损耗为ΔP2.2kW，原运行方式下有功损耗ΔP为7.066kW，减少损耗为7.066-2.200=4.866kW，年节约4.866×24×365=42626.16kWh，减少电能损耗明显。

3 结语

本文对总开闭所厂用变压器效率进行核算并提出优化运行方案，尽管变压器的损耗在变压器负荷中所占比例较小，但石油化工企业的运行性质是连续生产24小时不间断，所以变压器运行时间长，故累计降损节能效果明显。从某石化企业来看，全厂6kV电压等级以上变压器有207台，近四分之一处于低负载率运行，存在巨大的节电潜能。因此，开展变压器经济运行工作是该企业电力系统节能降耗的一个重要组成部分。

开展变压器经济运行范围很广，办法很多，节电效果也很好。首先是充分利用现有设备条件，通过详细分析和严密计算，选择技术参数好的变压器和经济运行方式运行；其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。