電力變壓器經(jīng)濟運行區(qū)的研究

電力變壓器是應(yīng)用極為廣泛的電氣設(shè)備，從發(fā)電、供電直到用電，一般需經(jīng)過約5次變壓過程，每次變壓都要產(chǎn)生電能損耗。由于變壓器臺數(shù)多，總?cè)萘看?，所以?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/電力">電力系統(tǒng)中，變壓器的總損耗約占總發(fā)電量的8%。因此，對電力變壓器經(jīng)濟運行區(qū)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(nèi)變動，不能用某一個量值來評價其運行工況優(yōu)劣，需要用運行區(qū)來評價，現(xiàn)分析如下：

　　1　單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)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(jù)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(shù)β在0≤β≤βz范圍內(nèi)，ΔPz%為遞減函數(shù)，在βz≤β≤1范圍內(nèi)，ΔPz%是遞增函數(shù)，但其曲率比遞減時小得多(變化比較平穩(wěn))。

　　變壓器長期滿載運行應(yīng)視為安全合理的，因此，變壓器經(jīng)濟運行區(qū)的確定原則應(yīng)為：變壓器在額定負載條件下運行作為經(jīng)濟運行區(qū)的上限值，故得出βj1=1的數(shù)值。經(jīng)濟運行區(qū)的下限對應(yīng)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(shù)

　　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(guān)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(jié)論：經(jīng)濟運行區(qū)的上限βj1=1;經(jīng)濟運行區(qū)的下限βj2=βz2。

　　2　單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)優(yōu)選運行段的確定

　　變壓器經(jīng)濟運行區(qū)包括了變壓器額定負載在內(nèi)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(shù))，其損耗率與最低損耗率相比仍較高，有必要在經(jīng)濟運行區(qū)內(nèi)確定優(yōu)選運行段。

　　確定優(yōu)先運行段的目的，是為了保證在此負載范圍內(nèi)，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(xiàn)高效降損的目標。

　　經(jīng)過論證分析，根據(jù)國標《GB/T13462-92工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟運行導則》，對變壓器最佳經(jīng)濟運行區(qū)的上限負載率定為βz1=0.75。

　　根據(jù)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(yīng)點

　　βz2，βz2即為最佳經(jīng)濟運行區(qū)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(guān)系式：

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

　　經(jīng)化簡后可解得：

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

　　結(jié)論：最佳經(jīng)濟運行區(qū)的上限βz1=0.75;最佳經(jīng)濟運行區(qū)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(shù)β為據(jù)，可將變壓器運行區(qū)域分為三類：

　?、僮罴呀?jīng)濟運行區(qū)：1.333βz2=βz2≤β≤βz1=0.75;

　?、诮?jīng)濟運行區(qū)：βz1=0.75β≤βj1=1及β2z=βj2≤β≤βz2=1.333βz2;

　?、鄯墙?jīng)濟運行區(qū)：0≤β≤βz2。

　　電力變壓器的無勵磁分接開關(guān)亦稱無載調(diào)壓開關(guān)，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(shù)，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(guān)的觸點設(shè)計容量較小，也不需要采取滅弧措施，且開關(guān)操作也只限于手動就地操作。但是由于變壓器缺油，開關(guān)質(zhì)量差、維護不同、使用不慎、調(diào)檔不到位等情況發(fā)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(guān)故障導致電力變壓器損壞的約占25%。