探討配電變壓器的經(jīng)濟(jì)選擇分析

在電力系統(tǒng)中，為了使電能傳輸范圍及數(shù)量提高，變壓器得到廣泛應(yīng)用。然而，發(fā)電、輸電、配電及用電各環(huán)節(jié)構(gòu)成的電力系統(tǒng)一般需要3～5次的變壓過程，造成電力系統(tǒng)中總的變壓器容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出發(fā)電機(jī)的總?cè)萘浚瑥亩a(chǎn)生了嚴(yán)重的損耗。如何對變壓器運(yùn)行方式進(jìn)行選擇和控制是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的關(guān)鍵，它不僅通過節(jié)約電能帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

配電變壓器是配電網(wǎng)中傳輸、分配電能的重要電氣設(shè)備，由于數(shù)量大、分布面廣，在運(yùn)行過程中變壓器自身產(chǎn)生的有功功率損耗和無功功率消耗總量占電能損耗比例約30%。因此，本文結(jié)合配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原理，以及配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的幾種不同情況，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理與實(shí)際相結(jié)合，以降低配電變壓器的電能損耗。

一、變壓器的基本結(jié)構(gòu)

電力變壓器的基本構(gòu)成部分有：鐵心、繞組、絕緣套管、油箱及其它附件等。其中鐵心和繞組是變壓器的主要部件，稱為器身紅。

電力變壓器的鐵心，由磁導(dǎo)率很高的硅鋼片制成，硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，熱軋硅鋼片由于其磁性能差，因此電力變壓器的鐵心已不采用這種材料。冷軋硅鋼片又分為無取向和取向兩種，其中取向冷車軋硅鋼片有明顯的方向性，即沿著軋制方向的磁性能好，因此目前電力變壓器均采用冷軋取向硅鋼片。

繞組，是由截面為圓形，扁形的鋼，鋁導(dǎo)線繞制而成，繞組的主要形式有層式和餅式兩種形式，層式繞組的線匝沿其軸向依次排列，餅式繞組的線匝在幅向形成線餅后，再沿軸向排列。

按變壓器鐵心和繞組的配置來分類，可分為心式和殼式兩種。心式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是繞組露出外側(cè)，而鐵心在內(nèi)側(cè)，從繞組絕緣上考慮，這種結(jié)構(gòu)適用于高電壓，殼式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在鐵心內(nèi)側(cè)安放繞組，從外側(cè)看得見鐵心，這種結(jié)構(gòu)適用于低電壓大電流的場合。

二、配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行建模

配電變壓器的技術(shù)參數(shù)表征了配電變壓器在運(yùn)行供電過程中自身損耗的特性：有功功率損耗和無功功率消耗。雙繞組配電變壓器技術(shù)參數(shù)包括：空載電流I0，空載損耗P0，短路電壓UK及短路損耗PK。

空載電流值I0和鐵芯材質(zhì)、磁路的幾何尺寸及鐵芯制作工藝等密切相關(guān)。

I0%=I0/IN

式中：I0―空載電流，A；In―配電變壓器次側(cè)繞組的額定電流，A。

空載損耗P0是在配電變壓器接入額定電壓條件下，鐵芯內(nèi)由勵磁電流引起磁通周期性變化時產(chǎn)生的損耗，也稱鐵芯損耗。鐵耗包括基本鐵耗和附加鐵耗。

短路電壓UK是指在二次繞組短路時，在一次繞組施加額定頻率的電壓，當(dāng)二次繞組通過額定電流時，一次繞組所施加的電壓UK稱為配電變壓器的短路電壓，又稱阻抗電壓，為：UK%=UK/UN100%

式中：UN―配電變壓器一次側(cè)繞組的額定電壓，kV。配電變壓器銘牌所給定的短路損耗Pk值，系指繞組溫度為75℃時額定負(fù)載所產(chǎn)生的功率損耗。

在進(jìn)行配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的分析和計算時，為了簡化計算，有功功率損耗常近似為：

Q0≈S0=I0%×SN×10-2

無功功率消耗近似記為：

QK≈SK=UK%×SN×10-2

綜合功率損耗包括了有功功率損耗，它更具有系統(tǒng)性的特征。綜合功率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最佳是指：既考慮有功電量節(jié)約，又考慮無功電量節(jié)約的綜合最佳；既考慮用戶節(jié)電又考慮電網(wǎng)損耗降低的系統(tǒng)最佳。

三、變壓器并列運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

我國有相當(dāng)數(shù)量的變電所，其變壓器采用并列運(yùn)行方式，其中尤以22OKV，110KV變電所更是如此。對于并列運(yùn)行的變壓器，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的確定，主要是指所有兩臺及兩臺以上的變壓器并列運(yùn)行，在供相同負(fù)載的條件下，優(yōu)選功率損耗最小的運(yùn)行方式。

如變配電所變壓器總臺數(shù)為N，則存在著（2n-l）種組合運(yùn)行方式。以三臺變壓器為例，共存在七種運(yùn)行方式，即A，B，C變壓器單臺運(yùn)行，AB，CB，以兩臺變壓器并列運(yùn)行以及ACB三臺變壓器并列運(yùn)行"在這七種運(yùn)行方式之間，還要經(jīng)過十五次的比較判定才能確定既滿足負(fù)載的用電同時變壓器的損耗也最小的運(yùn)行方式。即單臺變壓器之間經(jīng)過三次，兩臺并列方式之間經(jīng)過三次，一臺與兩臺并列之間經(jīng)過六次，兩臺并列與三臺之間經(jīng)過三次。十五次的比較判定之后才能確定既滿足負(fù)載的用電同時變壓器的損耗也最小的運(yùn)行方式。其它臺數(shù)并列運(yùn)行以此類推。

1.變壓器并列運(yùn)行的理想情況是：

第一，空載時，并列的各變壓器二次側(cè)之間沒有循環(huán)電流，即各變壓器均為空載。因?yàn)榄h(huán)流不僅會引起附加損耗，使變壓器溫度升高，效率降低，還會占用設(shè)備容量。

第二，負(fù)載時，各變壓器所承擔(dān)的負(fù)載電流應(yīng)和它們的額定容量成正比。容量大的應(yīng)多分擔(dān)負(fù)載，容量小的應(yīng)少分擔(dān)負(fù)載，使各臺變壓器的容量得到充分利用。即各變壓器的負(fù)載系數(shù)應(yīng)相同。

第三，負(fù)載時各臺變壓器負(fù)載側(cè)電流應(yīng)同相位。即總負(fù)載電流為各臺變壓器負(fù)載電流之和。

為了達(dá)到以上理想的并列要求，并列運(yùn)行的各變壓器必須滿足下列四種條件，（1）.繞組接線組別必須相同；（2）變比應(yīng)相等；（3）短路阻抗應(yīng)接近（變壓器運(yùn)行規(guī)程規(guī)定變壓器并列運(yùn)行時短路阻抗之差不超過10%）；（4）容量不能相差太大（對于并列運(yùn)行的變壓器，其容量比不能大于3：1）。

2.并列運(yùn)行變壓器的組合技術(shù)參數(shù)

N臺變壓器并列運(yùn)行相當(dāng)于一臺組合式變壓器運(yùn)行，其組合后的空載損耗P0N和勵磁功率Q0N分別等于各臺變壓器空載損耗和勵磁功率之和符合變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。