電力變壓器經濟運行區的研究

電力變壓器是應用極為廣泛的電氣設備，從發電、供電直到用電，一般需經過約5次變壓過程，每次變壓都要產生電能損耗。由于變壓器臺數多，總容量大，所以在電力系統中，變壓器的總損耗約占總發電量的8%。因此，對電力變壓器經濟運行區的研究具有重要意義。

　　變壓器綜合功率中的空載損耗為ΔPoz，綜合功率中的額定負載損耗ΔPdz，變壓器綜合功率損耗為ΔPz=ΔPoz β2ΔPdz，其中β為變壓器負載率。因變壓器實際負載總是在一定范圍內變動，不能用某一個量值來評價其運行工況優劣，需要用運行區來評價，現分析如下：

　　1　單臺變壓器經濟運行區的確定

　　單臺變壓器綜合功率損耗率ΔPz%，如式(1)所示：

　　ΔPz%=ΔPoz β2ΔPdz÷βSecosφ2 ΔPoz β2ΔPdz　　　　　　　　　 (1)

　　根據上式可得變壓器綜合功率損耗率的特性曲線，如圖1所示。

　　由圖可見，負載系數β在0≤β≤βz范圍內，ΔPz%為遞減函數，在βz≤β≤1范圍內，ΔPz%是遞增函數，但其曲率比遞減時小得多(變化比較平穩)。

　　變壓器長期滿載運行應視為安全合理的，因此，變壓器經濟運行區的確定原則應為：變壓器在額定負載條件下運行作為經濟運行區的上限值，故得出βj1=1的數值。經濟運行區的下限對應的損耗率如圖1所示，要與額定損耗率相等。而變壓器在額定負載時(β=100%)，損耗率ΔPe%的計算式為：ΔPe%=ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz　　　　　　 (2)

　　式中cosφe——變壓器額定負載時的功率因數

　　當變壓器負載率為βj2時，其綜合功率損耗率ΔPj2%的計算式為：

　　ΔPj2%=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz　　　　　　　　　(3)

　　因為ΔPj2%=ΔPe%，所以可得下列關系式：

　　ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdzβj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz　(4)

　　在上式中Secosφe》ΔPoz ΔPdz，βj2Secosφ2》ΔPoz β2j2ΔPdz，故分母中的ΔPoz ΔPdz和ΔPoz β2j2ΔPdz可以略去不計，又因Secosφe≈Secosφ2，所以式(4)可簡化為：ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2

　　由上式可解得：

　　βj2=ΔPoz÷ΔPdz=βz2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (5)

　　結論：經濟運行區的上限βj1=1;經濟運行區的下限βj2=βz2。

　　2　單臺變壓器經濟運行區優選運行段的確定

　　變壓器經濟運行區包括了變壓器額定負載在內的較大負載范圍，在這個范圍的邊緣(如接近βj1，βj2的負載系數)，其損耗率與最低損耗率相比仍較高，有必要在經濟運行區內確定優選運行段。

　　確定優先運行段的目的，是為了保證在此負載范圍內，變壓器的綜合功率損耗率比最低綜合功率損耗率增加會小于10%，從而實現高效降損的目標。

　　經過論證分析，根據國標《GB/T13462-92工礦企業電力變壓器經濟運行導則》，對變壓器最佳經濟運行區的上限負載率定為βz1=0.75。

　　根據變壓器綜合功率損耗率特性曲線，可以找到與βz1=0.75時的對應點

　　βz2，βz2即為最佳經濟運行區的下限值，如圖2所示。

　　由圖2可知，變壓器分別在βz1與βz2運行時，其綜合功率損耗率是相等的，所以可得如下關系式：

　　ΔPoz (0.75)2ΔPdz÷0.75Secosφ2 ΔPoz (0.75)2ΔPdz=ΔPoz βz22ΔPdzβz2Secosφ2 ΔPoz βz22ΔPdz

　　經化簡后可解得：

　　βz2=2ΔPoz÷1.5ΔPdz=1.333βz2　　　　　　　　　 (6)

　　結論：最佳經濟運行區的上限βz1=0.75;最佳經濟運行區的下限βz2=1.333βz2。

　　綜上所述，以變壓器的實際綜合功率負載系數β為據，可將變壓器運行區域分為三類：

　　①最佳經濟運行區：1.333βz2=βz2≤β≤βz1=0.75;

　　②經濟運行區：βz1=0.75β≤βj1=1及β2z=βj2≤β≤βz2=1.333βz2;

　　③非經濟運行區：0≤β≤βz2。

　　電力變壓器的無勵磁分接開關亦稱無載調壓開關，它只能在變壓器停止運行，沒有激磁的情況下用來改變變壓器繞組的有效匝數，從而達到改變變比和變壓器輸出電壓的目的。因此，分接開關的觸點設計容量較小，也不需要采取滅弧措施，且開關操作也只限于手動就地操作。但是由于變壓器缺油，開關質量差、維護不同、使用不慎、調檔不到位等情況發生，將會使整臺變壓器燒壞。在我們所檢修的電力變壓器中。因無載分接開關故障導致電力變壓器損壞的約占25%。