變電站變壓器經濟運行實時監控實現

郝治國　趙學文　張保會
西安交通大學電氣工程學院，陜西 西安 710049

摘要：根據變壓器經濟運行理論,研究了變壓器實時經濟運行的算法，開發了變壓器經濟運行的實時監控系統。該系統利用工控機和實時數據采集終端“網絡893”構成，具有實現方便、編程簡單、運行可靠的特點。
關鍵詞：變壓器,經濟運行,實時監控

1　引言

　　變壓器是一種應用很廣泛的變電設備。從發電、供電到用電一般需要經過3-5次的變壓過程，其自身產生有功功率損耗和無功功率損耗。由于變壓器臺數多、總容量大，它消耗的電能也非常可觀，在廣義電力系統中（包括發、供、用電）變壓器損耗的電能大約可以占到系統發電量的10%左右［1］。降低變壓器電能損耗的主要途徑是提高變壓器性能，采用新型高效設備，再者就是在現有設備的基礎上實現變壓器的經濟運行。

　　變壓器經濟運行是在確保變壓器安全運行及傳輸電量相同的基礎上，充分利用現有設備，采取變壓器運行臺數、分接頭檔位等最佳組合以及改善變壓器運行條件等技術措施，從而最大限度地降低變壓器的電能損失和提高供電質量［1］。在變電所中，由于變壓器容量、電壓等級、鐵心、繞組及制造工藝等的不同，變壓器之間的技術特性和參數存在著差異，在供應相同負載的條件下，必然存在著有的變壓器運行方式損耗大，有的變壓器運行方式損耗小的情況，在多種變壓器運行方式中，損耗小的運行方式就是經濟運行方式［2，3，4］。基于變壓器經濟運行的計算軟件也涌現出很多的版本，這些軟件多是對變壓器運行數據進行離線分析，這對于負載波動較大的變電站，存在著不能及時判斷及控制等弊端。為此，本文開發了變壓器經濟運行的實時監控系統。該系統可以實時采集變壓器電壓、電流等數據，進行有功、無功及其損耗的計算分析判斷，選擇變壓器經濟運行方式，自動投切變壓器。系統硬件由模擬量采集運算單元、開關量輸入輸出單元、通信卡及工控機等組成，軟件在Windows NT環境下運行，人機交互界面友好，所有計算、控制結果都以表格或圖形顯示，閱讀方便直觀。

2　理論基礎與判定原理

2.1理論基礎

　　變壓器技術參數是分析變壓器經濟運行的基礎數據，變壓器經濟運行就是通過不同的運行方式組合，尋求降低變壓器有功功率損耗和無功功率損耗的途徑［１，２，３，４］。因此，變壓器的有功功率和無功功率損耗的計算式是變壓器經濟運行的基礎算式。同時，變壓器經濟運行也是降低電力系統損耗的重要措施，變壓器的綜合功率的分析計算也屬于變壓器經濟運行的基礎理論。

　　a. 有功功率損耗

　　雙繞組變壓器的有功功率損耗ΔP

　　

　　P0——變壓器空載損耗

　　Pk——變壓器額定負載下的短路損耗，取決于變壓器繞組的銅耗及附加銅耗。

　　β——變壓器的負載系數，β=S/SN。

　　S——變壓器實時視在功率

　　SN——變壓器額定視在功率

　　三繞組變壓器的有功功率損耗ΔP

　

　　Pk1、Pk2、Pk3——變壓器一次側、二次側、三次側繞組負載損耗
　　β1、β2、β3——變壓器一次側、二次側、三次側繞組負載系數

　　S1N、S2N、S3N——變壓器一次側、二次側、三次側繞組額定視在功率

　　S1、S2、S3——變壓器一次側、二次側、三次側繞組實時視在功率

　　b. 無功功率損耗

　　變壓器是借助于電磁轉換實現電壓變換的,它是一個強感性的電氣設備,在傳輸功率的過程中,負載電流在變壓器上的無功損耗遠遠大于它的有功損耗。因此,變壓器經濟運行中降低無功損耗的潛力遠大于有功損耗,同時無功的節約有利于電壓穩定。

　　雙繞組變壓器無功功率損耗ΔQ ：



　　Q0——變壓器空載無功功率損耗；

　　Qk——變壓器額定負載下無功功率損耗。

　　三繞組變壓器無功功率損耗ΔQ：

　
　　Qk1、Qk2、Qk3——變壓器一次側、二次側、三次側額定負載下無功功率損耗

　　β１、β2、β3——同上

　　c. 綜合功率損耗

　　 綜合功率損耗是指變壓器有功功率損耗和因其消耗無功功率使電網增加的有功功率損耗之和。綜合功率損耗既考慮變電設備的節電，又考慮了供電網損耗的降低，綜合功率經濟運行是立足于電力系統總體最佳的節電方法［１］。

　　雙繞組變壓器綜合功率損耗ΔPZ：

　　
　　P0Z——變壓器空載綜合功率損耗；

　　PkZ——變壓器額定負載下綜合功率損耗。

　　KQ為無功經濟當量，它的物理意義是指變壓器每減少1kvar無功功率損耗時，引起連接系統有功功率損耗下降的kW值，KQ的大小和變壓器在電力系統中的位置有關，對于確定的變電站內變壓器KQ為常數。

　　三繞組變壓器各側繞組額定負載綜合功率損耗PkZ1、PkZ2、PkZ3為：



2.2變壓器經濟運行技術特性優劣判定 