论变压器经济运行（续）

3. 1容量相同、短路电压相同的变压器并列经济运行方式

　　容量相同、短路电压相同，也就是说，在多台变压器并列运行时，认为负载分配是均匀的、相等的。短路电压相接近的条件是变压器间的短路电压差值ΔU_K%应满足下式要求：

　　 ΔU_K%=（ΔU_DK%-ΔU_XK%）/ΔU_PK%*100%＜5% （3–1）

　　 ΔU_K%---变压器最大短路电压

　　 ΔU_XK%---变压器最小短路电压

　　 ΔU_P%---并列运行方式中全部变压器短路电压的算术平均值

　　沈鼓集团中央变电所设置3台主变，容量为5000KVA，其中2^#和3^#主变并列运行供6300KW电机试车。如果试车产品为3200 KW及以下电机拖动试车2^#和3^#主变任意一台即可满足生产要求。2^#主变ΔU_K2%=5.64%，3^#主变ΔU_K3%=5.52%。根据（3–1）式可得：

　　ΔU_K%=（5.64-5.52）/5.56*100%=2.15%＜5%

　　因此，2^#和3^#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。

　　沈鼓集团新厂区中央变电所设置3台主变，容量为20000KVA，其中2^#和3^#主变并列运行供30000KW电机试车。2^#主变ΔU_K2%=8.76%，3^#主变ΔU_K3%=8.67%。根据（3–1）式可得：

　　ΔU_K%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%＜5%

　　因此，2^#和3^#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。

　　3. 1. 1相同台数并列的运行方式

　　3. 1. 1. 1两台变压器并列运行

　　两台变压器A、B并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为两台之和：

　　 ΔP₀=P_A0+P_B0 （3–2）

　　 ΔP_K= P_AK+P_BK （3–3）

　　 如有AB及CD两种两台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：

　　ΔP_AB=P_AB0+ ²P_ABK （3–4）

　　 ΔP_CD=P_CD0+ ²P_CDK （3–5）

　　 根据（3–4）、（3–5）式可解得临界负载系数_L：

　　_LP=[（P_ABO – P_CDO）/（P_CDK – P_ABK）]^1/2 （3–6）

　　_LQ=[（Q_ABO – Q_CDO）/（Q_CDK – Q_ABK）]^1/2 （3–7）

　　_LZ=[（P_ABZO – P_CDZO）/（P_CDZK – P_ABZK）]^1/2 （3–8）

　　S_L=2S_e [（P_ABO – P_CDO）/（P_CDK – P_ABK）]^1/2 （3–9）

　　如果S_L的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果S_L为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。

　　3. 1. 1. 2多台变压器并列运行

　　如有N台变压器并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为各台之和：

　　 ΔP_NO=ΣP_i0 （3–10）

　　 ΔP_NK=ΣP_iK （3–11）

　　 如有甲、乙两种N台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：

　　 ΔP_N甲=ΣP_i0甲 + ²ΣP_iK甲 （3–12）

　　 ΔP_N乙=ΣP_i0乙 + ²ΣP_iK乙 （3–13）

　　 根据（3–12）、（3–13）式可解得临界负载系数_L：

　　 _LP=[（ΣP_i0甲–ΣP_i0乙）/（ΣP_iK乙 –ΣP_iK甲）]^1/2 （3–14）

　　 _LP=[（ΣQ_i0甲–ΣQ_i0乙）/（ΣQ_iK乙 –ΣQ_iK甲）]^1/2 （3–15）

　　 _LP=[（ΣP_iZ0甲–ΣP_iZ0乙）/（ΣP_iZK乙 –ΣP_iZK甲）]^1/2 （3–16）

　　 S_L=NS_e [（ΣP_i0甲 –ΣP_i0乙）/（ΣP_iK乙 –ΣP_iK甲）]^1/2 （3–17）

　　 如果S_L的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果S_L为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。

　　3. 2变压器经济运行方式的经济负载系数

　　由于变压器各种运行方式的有功损失和无功损失随着负载发生非线性变化的特性，因此就存在着在某一负载系数条件下运行，其有功损失和无功损失最低的情况，称此负载系数为运行方式的经济负载系数。

　　3. 2. 1单台变压器运行的经济负载系数

　　3. 2. 1. 1有功经济负载系数_jP=（P_o / P_k）^1/2 （3-18）

　　3. 2. 1. 2无功经济负载系数_jQ=（I_o %/ U_k %）^1/2 （3-19）

　　根据经验可知，随着变压器的容量增大，有功损失系数稍微下降，而无功损失系数则明显下降，特别是当变压器容量增大到10000KVA以上时，

_jP、_jQ下降更加明显。随着变压器耗能参数的改善，经济负载系数_jP有较大的下降，而_jQ下降更加明显。所以，由于变压器的材质不同，容量不同，再加上制造水平不同，其经济负载系数_jP、_jQ存在着很大差异。

　　3. 3增设小容量变压器的经济运行

　　我公司生产主变为5000KVA，进户电源为10KV。白天最大功率4200KW，22点至次日凌晨6点平均功率为1300 KW。如果增设1600小变压器在22点至次日凌晨6点供电，其月基本电费为24000元，而节约的电费约为2280元。因此，增设小容量变压器没有节约电费，反而增加电费。

　　4. 配电变压器的经济运行

　　4. 1变压器“大马拉小车”的技术分析

　　4. 1. 1 问题的提出

　　 “大马拉小车”是指变压器长期不合理的轻载运行，它使变压器容量得不到充分的利用，效率降低。人们习惯以变压器的容量利用率作为划分“大马拉小车”的标准。节电措施中规定变压器负荷率小于30%即为“大马拉小车”。节约功率的习惯计算公式为：

　　 △P=P_DO- P_XO （4–1）

　　这种计算方法是不合理的。原因是忽略了负载时的铜损而只计其空载的铁损。一般情况下大容量变压器的铁损比小容量变压器的大，而供相同负载时铜损小。因此，符合实际的计算应该同时考虑两种因素，其计算公式为：

　　 △P=P_DO- P_XO+ ²_D[(P_DK-（S_De/S_Xe）² P_XK)] （4–2）

　　4. 1. 2“大马拉小车”临界负载系数的确定

　　 “大马拉小车”负载系数应根据变压器损失率的变化规律确定。按有功损失率确定临界负载系数，其计算公式为：

　　ΔP_d%=( P_o+²P_k)/(S_ecosφ+P_o+²P_k)*100% （4–3）

　　设“大马拉小车”有功临界负载系数为_L，则有功功率的临界损失率为：

　　ΔP_L%=( P_o+ _L²P_k)/( _LS_ecosφ+ P_o+ _L²P_k)*100% （4–4）

　　临界损失率与最低损失率的关系式为：

　　ΔP_L%=K_L*ΔP_d% （4–5）

　　K_L---为变压器“大马拉小车”临界有功损失率系数。

　　解得：_L=（K_L±（K_L²-1）^1/2） （4–6）

　　由此可知，只要变压器实际负载系数≤_L，则变压器运行在“大马拉小车”区间内。_L的大小与和K_L的大小有关。

　　 K_L值选的较小，即ΔP_L%较小，则_L增大，即增大了变压器“大马拉小车”的范围。反之，K_L值选的较大，即ΔP_L%较大，则_L减小，即减小了变压器“大马拉小车”的范围。但运行损失率增大，因此选取_L时要考虑ΔP_L%不能太大，又要照顾到变压器更换条件不能太多，同时又要考虑更换小容量变压器后的经济效益。因此，推荐选值为1.5。代入式

　　_L =0.382 （4–7）

　　4. 2 变压器经济容量的确定

　　两台容量相近的变压器都能满足供电要求，但选择哪台变压器必须进行分析计算才能确定。

　　容量较大的变压器和容量较小的变压器功率损失和负载系数公式为：

　　 ΔP_D=P_o+_D²P_k （4–8）

　　 ΔP_X=P_o+_X²P_k （4–9）

　　 _X = _D（S_De/S_Xe） （4–10）

　　根据上式可得出临界经济容量的计算公式：

　　S_L=[（P_DO- P_XO）/（P_XK / S_Xe² - P_DK / S_De²）]^1/2 （4–11）

　　由图4-2可知，临界经济容量的意义是：当按实际负载需用变压器的容量S%26gt; S_L时，则选用容量大的变压器；反之，S%26lt;S_L时，则选用容量小的变压器。

　　4. 3变压器运行方式的经济运行区

　　4. 3. 1单台变压器的经济运行区

　　 由于变压器损失率的负载特性是一个非线性函数，所以，如图4-3中可按损失率的大小分成三个运行区：经济运行区，不良运行区和最劣运行区。运行区间临界条件的计算公式是在“大马拉小车”临界条件的基础上导出的。

　　4. 3. 1. 1根据式（4-6）可知，在一般情况下_Lj有两个根，即图4-3中A、B两点。所以，当负载系数在_Lj2~_Lj1内变化时，变压器处在经济运行区，损失率是较低的，其变化范围ΔP_d%~ΔP_Lj%。

4. 3. 1. 2 根据上图可知，_L只有一个根，即图中点L。区间_L~_Lj2及_Lj1~1称不良运行区。在此区间内变压器损失率是比较大的，变化范围是ΔP_Lj ~ΔP_LL%，运行不经济。

　　4. 3. 1. 3图4-3中0~_L是最劣运行区，通称过轻载运行区间，变压器损失率很大，运行极不经济。

　　5. 科学管理和变压器经济运行

　　5. 1变压器制造和经济运行

　　变压器经济运行不仅取决于经济运行方式，同时更取决于变压器的制造水平。按变压器经常负载大致可以分为四种情况：一是经常处于满载或接近满载运行的变压器；二是经常处于多半载运行的变压器；三是经常处于少半载运行的变压器；四是经常处于轻载或空载运行的变压器。

　　当前制造厂出厂的变压器，经济负载率大都是40~60%范围，对上面的四类负载都不完全适应，特别是对满载或轻载运行的变压器损失率是很大的。因此，建议生产四个类型的变压器，其经济负载率分别为90%、65%、40%、20%。各用电单位都能根据变压器的负载情况选择相应的经济负载率的变压器。这样一来，各用电单位的变压器都能在经济运行区运行，就可以大量节约有功电量和无功电量。

　　5. 2变压器更新和经济运行

　　设备更新的目的不单纯是消除其有形磨损，更是为了消除其无形磨损。只有不断更新的途径才能从根本上使设备损耗降低、效率提高，改善技术落后状况。

　　更新变压器必然会带来有功电量和无功电量的节约。但要增加投资，这里也存在一个回收年限的问题。变压器不是损坏后才更新，而是老化到一定程度，还要有一定剩值时就可以更新。变压器厂家对各种不同型式、不同容量的变压器的使用寿命都有规定，一般为20年。使用单位按这一规定年限提取设备折旧费，并进行变压器更新。

　　5. 3技术管理和经济运行

　　5. 3. 1减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗。

　　5. 3. 2在安全条件的允许下，对于变比小于2的变压器，尽量采用自耦变压器。自耦变压器和同容量的两线圈的变压器相比，有功和无功损耗要减小很多。

　　5. 3. 3不同的功率因数引起的变压器有功和无功消耗也不同，即随着功率因数的提高，变压器的有功和无功消耗都要下降。因此，应尽量提高功率因数，降低变压器的无功功率。

　　5. 3. 4变压器绕组的电阻随着温度增高而增大。对同一台变压器在同一负载下，如果温度越低，损耗也越低。因此，应作好变压器散热，降低变压器的温度。

　　6. 结束语

　　如上所述，开展变压器经济运行范围很广，办法很多，节电效果也很好。

　　6. 1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

　　6. 2其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。

　　6. 3对不合理的运行方式，必须用新增设变压器实现经济运行。所增加的投资，通过节电很快能收回。

　　7. 参考文献

　　7. 1变压器经济运行天津科学技术出版社

　　7. 2电机及拖动基础机械工业出版社