論變壓器經濟運行

　　摘要：變壓器在整個國計民生中是一種應用極廣的耗能設備。變壓器是電力生產過程中的主要電器。變壓器在變壓和傳遞電功率時，其自身要產生有功功率損失和無功功率消耗。由于變壓器臺數多、總容量大，所以在發、供、用電過程中變壓器總的電能損失約占整個電力系統損失的30%左右。因此，全面開展變壓器經濟運行是實現電力系統經濟運行的重要環節。

　　關鍵詞：變壓器 經濟運行

　　1. 緒論

　　變壓器經濟運行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優選取最佳運行方式和調整負載，使變壓器電能損失最低。換言之，經濟運行就是充分發揮變壓器效能，合理地選擇運行方式，從而降低用電單耗。所以，變壓器經濟運行無需投資，只要加強供、用電科學管理，即可達到節電和提高功率因數的目的。

　　2. 概述

　　2. 1變壓器的技術參數

　　2. 1. 1空載電流

　　空載電流的作用是建立工作磁場，又稱勵磁電流。當變壓器二次側開路，在一次側加電壓U1e時，一次側要產生電流Io---空載電流。通常Zm» Z1，則Z1可以忽略。

　　Io=U1e/（Z1+Zm） （2-1）

　　Z1---變壓器一次阻抗

　　Zm---變壓器激磁阻抗

　　2. 1. 2空載損失

　　由于勵磁電流在變壓器鐵芯產生的交變磁通要引起渦流損失和磁滯損失。渦流損失是鐵芯中的感應電流引起的熱損失，其大小與鐵芯的電阻成反比。磁滯損失是由于鐵芯中的磁疇在交變磁場的作用下做周期性的旋轉引起的鐵芯發熱，其損失大小由磁滯回線決定。

　　2. 1. 3短路電壓（短路阻抗）

　　短路電壓是指在進行短路試驗時，當繞組中的電流達到額定值，則加在一次側的電壓。

　　uk%=Uk/U1e *100% （2-2）

　　從運行性能考慮，要求變壓器的阻抗電壓小一些，即變壓器總的漏阻抗電壓小一些，使二次側電壓波動受負載變化影響小些；但從限制變壓器短路電流的角度，阻抗電壓應大一些。

　　2. 1. 4短路損失

　　短路損失Pk是變壓器在額定負載條件下其一次側產生的功率損失（亦銅損）。變壓器繞組中的功率損失和繞組的溫度有關，變壓器銘牌規定的Pk值，指繞組溫度為75℃時額定負載產生的功率損失。

　　2. 2變壓器存在經濟運行的因素

　　2. 2. 1變壓器間技術參數存在差異

　　每臺變壓器都存在有功功率的空載損失和短路損失，及無功功率的空載消耗和額定負載消耗。因變壓器的容量、電壓等級、鐵芯材質不同，所以上述參數各不相同。因此變壓器經濟運行就是選擇參數好的變壓器和最佳組合參數的變壓器的運行方式運行。

　　2. 2. 2變壓器有功功率損失和損失率的負載特性

　　變壓器功率損失ΔP（千瓦）、效率η（%）和損失率ΔP%（%）的計算公式：

　　ΔP=Po+2Pk （2-3）

　　η=P2/ P1= Secosφ/(Secosφ+Po+2Pk)*100 （2-4）

　　ΔP%=ΔP/P1*100% =( Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100% （2-5）

　　=I2/I2e= P2/Secosφ （2-6）

　　P1---變壓器電源側輸入的功率

　　P2---變壓器負載側輸出的功率

　　cosφ---負載功率因數

　　---負載系數

　　I2---變壓器二次側負載電流

　　I2e---變壓器二次側額定電流

　　由上圖可知變壓器損失率ΔP%是變壓器負載系數的二次函數，ΔP%先隨著的增大而下降，當負載系數等于

　　jp=（Po / Pk）1/2 （2-7）

　　時即銅損等于鐵損。然后ΔP%又隨著增大而上升。jp是最小損失率ΔP%的負載系數，稱為有功經濟負載系數。所以，當固定變壓器運行時，可通過調整負荷來降低ΔP%。

　　2. 2. 3變壓器無功功率消耗和消耗率的負載特性

　　變壓器無功功率消耗ΔQ的基本公式為：

　　ΔQ=Q0+ 2Qk （2-8）

　　為衡量變壓器傳輸單位有功功率時消耗的無功功率，便提出無功消耗率的公式：

　　ΔQ%=ΔQ/ Q1*100% （2-9）

　　2. 3變壓器無功功率的經濟運行

　　由于變壓器的變壓過程是借助于電磁感應完成的。因此，變壓器是一個感性的無功負載。在變壓器傳輸功率時其無功損耗遠大于有功損失。因此，在分析變壓器經濟運行時，無功消耗和有功損失都要最小。

　　在額定負載條件下，變壓器的無功功率消耗和有功功率損失之比為：

　　Kxr=ΔQe/ΔPe=(Q0+Qk)/(P0+Pk) （2-10）

　　Kxr=[（I0+Ie）2 Xm+Xk]/ [（I0+Ie）2 rm+rk] （2-11）

　　Kxr ---阻抗比

　　ΔQe、ΔPe ---變壓器自身無功消耗和有功損失

　　Xm 、rm ---變壓器勵磁回路感抗和電阻

　　Xk ---變壓器額定負載下的漏磁感抗和

　　rk ---變壓器短路電阻

　　Kxr變壓器總的電抗和總的電阻之比，其值大小代表變壓器感性強度。阻抗比和變壓器的容量有關，容量在560~7500KVA之間，Kxr≈5~10。

　　變壓器空載功率因數公式為：

　　cosΦ0=P0/S0 （2-12）

　　由于變壓器是個感性負載，其空載功率因數很低，一般變化范圍為cosΦ0=0.05~0.2。變壓器容量越大，cosΦ0越小。

　　2. 4變壓器技術特性優劣的分析和計算

　　變壓器技術特性優劣的分析和計算是分析計算變壓器經濟運行的基礎。在有些情況下可以直觀的區分變壓器技術特性的優劣。但在某些情況下，特別是對容量不同的變壓器，其技術特性的優劣要通過判定公式計算后才能計算。

　　2. 4. 1容量相同的變壓器技術特性優劣的判定

　　若有A、B兩臺容量相同的變壓器，其參數為：PAO、PAK、IA0%、UAK %、PBO、PBK、IB0%、UBK %，每臺變壓器功率損失率計算公式同（2-3）式。當ΔPA=ΔPB時，可解得有功臨界負載系數L：

　　L=[（PAO – PBO）/（PBK – PAK）]1/2 （2–13）