1.单台变压器的经济运行

(1)单台变压器功耗率曲线和效率曲线 前面介绍变压器运行的功耗率和效率的计算公式,实际上是对一台变压器而言。因此,根据下式

图5-11　变压器运行损耗率曲线和效率曲线

假定式中的P1为若干个适当的值,即可作出变压器运行的功耗率曲线和效率曲线,如图5-11所示。

从图5-11可知,在变压器的功耗率达到最低值,效率达到最高值,即变压器处于经济运行时,变压器的空载损耗率曲线和负载损耗率曲线相交于一点,这表示变压器空载损耗率和负载损耗率相等。

(2)单台变压器的经济负载率、经济负载、最小功耗率、最高效率。根据变压器经济运行时,空载损耗率与负载损耗率相等的原理,可以得到如下函数关系

这就是变压器经济负载率(记作βj)的计算确定公式。计及变压器无功损耗的影响时(βj值约增大5%～13%),可表示为

式中 ΔQo、ΔQk——变压器的空载无功损耗,短路无功损耗；

Io%、Uk%——变压器空载电流百分数 短路电压百分数；

KQ——变压器负荷无功经济当量,一般主变KQ=0.06～0.10kW/kvar,配变KQ=0.08～0.13kW/kvar。

因此得变压器经济运行时的经济负载值,即变压器输出的有功功率的经济值为

随之可得变压器经济运行时的最小功耗率和最高效率之值为

式中 cosφ2——变压器二次侧负荷功率因数(加权平均值)。

根据以上公式可以计算出不同标准(或系列)、不同容量主、配变压器的经济负载、经济负载率、最高效率、最小经济负载、最小经济负载率,如表5-27和表5-28所示。

表5-27　SL7、S9、SF9系列35kV主变压器技术性能及经济运行参数表

续表

表5-28　五种标准系列 四种额定容量配电变压器空载损耗 短路损耗及经济运行参数表

(3)变压器的最小经济负载和经济运行区。

1)变压器最小经济负载的含义。从上述可知,变压器在经济负载这一点运行最经济,这是无疑的。但是变压器在额定负载(即满载)运行时,功耗率虽然有所增加,但增加不大,因此,变压器运行比较经济,我们把这一负载,称为变压器的最大经济负载。可想而知,对应于最大经济负载,必然有一个最小经济负载。所谓变压器最小经济负载,是指在变压器功耗率曲线上,变压器功耗率与其在最大经济负载时,功耗率相等时所对应的最小负载,如图5-12所示。换言之,在变压器效率曲线上,变压器效率与其在最大经济负载时,效率相等时所对应的最小负载。显而易见,变压器最小经济负载＜变压器理想经济负载＜变压器最大经济负载。

2)变压器最小经济负载和经济运行区的确定。因为变压器在最大经济负载时和最小经济负载时的功耗率分别为

图5-12　变压器最小经济负载示意图

根据变压器最小经济负载的含义ΔPjx%=ΔPe%和调整负荷,使变压器运行既不要超载,也不要轻载(即要躲过最劣区),最好是使变压器在经济负载点上(或其附近)运行；起码也得使它在经济区运行。

(4)各种生产班次企业专用变压器的经济运行。

1)三班制生产企业专用变压器的经济运行。因为企业在三班制生产时,变压器运行一昼夜的总能耗为

而变压器在一昼夜输出的有功电量为

故变压器在一昼夜运行中的能耗率为

因为变压器为经济运行状态,所以变压器的能耗率为最小值。其值可通过求导数并令其值为零的方法求取,即由

经济负载为Sj=βjSe(kVA)

而变压器的最小经济负载率为

而变压器的最高效率为

将经济负载率βj值和最小经济负载率βjx值代入能耗率计算式中分别得

显然ΔAj%＜ΔAjx%,因此变压器在βj点运行时相对于在βjx点运行时的节电量(线损节约量)为

2)两班制生产企业专用变压器的经济运行。因为企业在两班制生产时,变压器运行一昼夜的总能耗为

而变压器在一昼夜输出的有功电量为

故变压器在一昼夜运行中的能耗率为

变压器的经济负载率可采取对上式中的负载率β求导数,并令其值等于零的方法求取,即由

则变压器的经济负载率为

而变压器的最高效率为

将经济负载率β值和最小经济负载率βjx值代入能耗率计算式分别得

显然ΔAj%＜ΔAjx%,因此,变压器在βj点运行时相对于在βjx点运行时的节电量(线损节约量)为(www.daowen.com)

3)单班制生产企业专用变压器的经济运行。因为企业在单班制生产时,变压器运行一昼夜的总能耗为

而变压器在一昼夜输出的有功电量为

故变压器在一昼夜运行中的能耗率为

变压器的经济负载率可采取对上式中的负载率β求导数,并令其值等于零的方法求取,即由

而变压器的最高效率为

将经济负载率βj值和最小经济负载率βjx值代入能耗率计算式分别得

显然ΔAj%＜ΔAjx%,因此,变压器在βj点运行时相对于在βjx点运行时的节电量(线损节约量)为

式中 A1、A2——变压器输入、输出的有功电量,kW·h；

P1、P2——变压器输入、输出的有功功率,kW；

cosφ2——变压器负荷功率因数(加权平均值)；

tm——企业每班次生产(或工作)的时间,h。

在以上分析的基础上,为了使读者对三种生产班次企业变压器的经济运行情况便于进行对比和掌握运用,特将它们的参数表示式汇集于表5-29。

2.两台变压器的经济运行

对于供电连续性要求较高的非季节性的综合用电负荷,为了降损节电,实现变压器的经济合理运行,可在变电站或配电台区(配电所)安装两台变压器,根据大小不同的用电负荷,投入不同容量的变压器。两台变压器的经济运行有两种情况(或方式),一种是两台同型号且同容量的,另一种是两台变压器同型号,但不同容量的(例如“母子变压器”),现分别介绍如下。

(1)两台同型号、同容量变压器的经济运行。

1)变压器在运行中的功率损耗。

一台变压器运行时的功率损耗为

两台变压器都运行时的功率损耗为

式中 S——变电站或配电台区用电负荷的视在功率,kVA；

Se——每一台变压器的额定容量,kVA；

ΔPo——每一台变压器的空载损耗,kW；

ΔPk——每一台变压器的短路损耗,kW。

2)经济运行的临界负载。根据上列公式,假定式中的β=S/Se为若干个适当值,即可绘制出一台变压器单独运行和两台变压器同时运行的功率损耗曲线,即分别为ΔPⅠ=f(S)和ΔPⅡ=f(S)。

从图5-13可知,两条曲线有一相交点,这表示变电站或配电台区(配电所)的两种不同运行方式的功率损耗是相等的,即ΔPⅠ=ΔPⅡ。此时,变电站或配电台区(配电所)的用电负荷有一对应值,叫做“临界负荷”,记作SLj(kVA)。临界负荷的作用是启示用电管理人员,当用电负荷小于“临界负荷”时(S＜SLj),投一台变压器运行,功率损耗(或电能损耗)最小,最经济；反之,当用电负荷大于“临界负荷”时(S＞SLj),将两台变压器都投入运行,功率损耗(或电能损耗)最小,最经济。

图5-13　两台同型号、同容量变压器运行的功率损耗曲线

“临界负荷”的计算确定可根据ΔPⅠ=ΔPⅡ的条件,即应当指出,根据“临界负荷”投切变压器的容量,对于供电连续性要求较高的、随月份变化的综合用电负荷,不仅有重大的降损节能意义,而且也是切实可行的。但是,对于一昼夜或短时间内负荷变化较大的情况,往往为了防止跌落保险开关操作次数过多,而增加检修或造成损坏,同时为了避免操作过电压,影响变压器的使用寿命,则不宜采取这个措施。

(2)“母子变压器”的经济运行。

1)“母子变压器”在运行中的功率损耗。因“母子变压器”是两台容量大小不同的变压器,所以运行方式有三种：一是小负荷用电投“子变”；二是中负荷用电投“母变”；三是大负荷用电“母变”和“子变”都投入运行。三种不同方式运行下的功率损耗分别为

式中 ΔPo·z、ΔPk·z——子变压器的空载损耗、短路损耗,kW；

ΔPo·m、ΔPk·m——母变压器的空载损耗、短路损耗,kW；

Se·z、Se·m——子变压器、母变压器的额定容量,kVA。

图5-14　“母子变压器”三种运行方式功率损耗曲线

2)经济运行的临界负载。根据上列三式,假定式中的S为若干个适当值,即可分别绘制出“母子变压器”三种运行方式的功率损耗曲线,记为ΔPz=f(S)、ΔPm=f(S)、ΔPm·z=f(S)。

由图5-14可见,三条曲线有三个相交点,第一个相交点为曲线ΔPz=f(S)和曲线ΔPm=f(S)的相交点,表示这两种运行方式变压器的功率损耗相等,其所对应的用电负荷为这两种运行方式的“临界负荷”,记为“SLj·1”；第二个相交点为曲线ΔPm=f(S)和曲线ΔPm·z=f(S)的相交点,表示这两种运行方式变压器的功率损耗相等,其所对应的用电负荷为这两种运行方式的“临界负荷”记为“SLj·2”；第三个交点为曲线ΔPz=f(S)和曲线ΔPm·z=f(S)的相交点,此点无作用,因为在此点对应的负荷S,母变压器运行的功率损耗要比此点运行时的功耗小或低。

同时,从曲线还可以看出,当用电负荷小于第一个临界负荷时(即S＜SLj·1),将子变压器投入运行功耗最小,最经济；当用电负荷大于第一个临界负荷而小于第二个临界负荷时(即SLj·1＜S＜SLj·2),将母变压器投入运行功耗最小,最经济；当用电负荷大于第二个临界负荷时(即S＞SLj·1),将母变压器和子变压器都投入运行功耗最小,最经济。

3)临界负荷的计算确定方法。第一个临界负荷的确定依据,是等式ΔPz=ΔPm,代入整理后得

第二个临界负荷的确定依据,是等式ΔPm=ΔPm·z,代入整理后得

必须指出,“母子变压器”供电方式适用于对供电连续性要求较高和随月份变化的综合用电负荷,根据计算确定的临界负荷,来衡量用电负荷达到哪一境界范围,然后确定投运变压器的容量,采取适宜的供电方式。这不仅是用电管理人员的正常业务,而且这一工作具有提高设备利用率,降低线损,节约能源的重大意义。

3.多台变压器的经济运行

这里所说的多台变压器,是指同型号、同容量的三台及三台以上变压器。它们的经济运行,可运用下式进行说明。

式中 S——变电站或配电台区用电负荷的视在功率,kVA；

Se——每台变压器的额定容量,kVA；

n——变电站或配电台区内变压器的台数；

ΔPo、ΔPk——每台变压器的空载损耗、短路损耗,W。

这种供电方式适用于对供电连续性要求较高,负荷随季节变化较大的用电负荷。

当变电站或配电台区的总负荷S增大,且达到

时,应增加投运一台变压器,即投用(n+1)台变压器较经济合理。当变电站或配电台区的总负荷S降低,且降到

时,应停用一台变压器,即投用(n-1)台变压器较经济合理。

必须指出,对于负荷随昼夜起伏变化,或在短时间内变化较大的用电,采用上述方法降低变压器的电能损耗是不合理的；因为这将使变压器高压侧的开关操作次数过多而增加损坏的机会和检修的工作量；同时,操作过电压对变压器的使用寿命也有一定影响。