配電變壓器的經(jīng)濟選擇分析

    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遠超出發(fā)電機的總?cè)萘�，從而產(chǎn)生了嚴重的損耗。如何對變壓器運行方式進行選擇和控制是實現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的關(guān)鍵，它不僅通過節(jié)約電能帶來可觀的經(jīng)濟效益，而且對國民經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

    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)濟運行的原理，以及配電變壓器經(jīng)濟運行的幾種不同情況，設(shè)計并實現(xiàn)了一種配電變壓器經(jīng)濟運行控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)將配電變壓器經(jīng)濟運行原理與實際相結(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)濟運行建模

    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 ℃時額定負載所產(chǎn)生的功率損耗。

    在進行配電變壓器經(jīng)濟運行的分析和計算時，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)濟運行最佳是指：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、變壓器并列運行的經(jīng)濟運行分析

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

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

    1.變壓器并列運行的理想情況是：

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

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

    為了達到以上理想的并列要求，并列運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（變壓器運行規(guī)程規(guī)定變壓器并列運行時短路阻抗之差不超過10%）；（4）容量不能相差太大（對于并列運行的變壓器，其容量比不能大于3：1）。

    2.并列運行變壓器的組合技術(shù)參數(shù)

    N臺變壓器并列運行相當(dāng)于一臺組合式變壓器運行，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)濟運行的要求。<