电力变压器经济运行区的研究

电力变压器是应用极为广泛的电气设备，从发电、供电直到用电，一般需经过约5次变压过程，每次变压都要产生电能损耗。由于变压器台数多，总容量大，所以在电力系统中，变压器的总损耗约占总发电量的8%。因此，对电力变压器经济运行区的研究具有重要意义。

　　变压器综合功率中的空载损耗为ΔPoz，综合功率中的额定负载损耗ΔPdz，变压器综合功率损耗为ΔPz=ΔPoz β2ΔPdz，其中β为变压器负载率。因变压器实际负载总是在一定范围内变动，不能用某一个量值来评价其运行工况优劣，需要用运行区来评价，现分析如下：

　　1　单台变压器经济运行区的确定

　　单台变压器综合功率损耗率ΔPz%，如式(1)所示：

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

　　根据上式可得变压器综合功率损耗率的特性曲线，如图1所示。

　　由图可见，负载系数β在0≤β≤βz范围内，ΔPz%为递减函数，在βz≤β≤1范围内，ΔPz%是递增函数，但其曲率比递减时小得多(变化比较平稳)。

　　变压器长期满载运行应视为安全合理的，因此，变压器经济运行区的确定原则应为：变压器在额定负载条件下运行作为经济运行区的上限值，故得出βj1=1的数值。经济运行区的下限对应的损耗率如图1所示，要与额定损耗率相等。而变压器在额定负载时(β=100%)，损耗率ΔPe%的计算式为：ΔPe%=ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz　　　　　　 (2)

　　式中cosφe——变压器额定负载时的功率因数

　　当变压器负载率为βj2时，其综合功率损耗率ΔPj2%的计算式为：

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

　　因为ΔPj2%=ΔPe%，所以可得下列关系式：

　　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可以略去不计，又因Secosφe≈Secosφ2，所以式(4)可简化为：ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2

　　由上式可解得：

　　βj2=ΔPoz÷ΔPdz=βz2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (5)

　　结论：经济运行区的上限βj1=1;经济运行区的下限βj2=βz2。

　　2　单台变压器经济运行区优选运行段的确定

　　变压器经济运行区包括了变压器额定负载在内的较大负载范围，在这个范围的边缘(如接近βj1，βj2的负载系数)，其损耗率与最低损耗率相比仍较高，有必要在经济运行区内确定优选运行段。

　　确定优先运行段的目的，是为了保证在此负载范围内，变压器的综合功率损耗率比最低综合功率损耗率增加会小于10%，从而实现高效降损的目标。

　　经过论证分析，根据国标《GB/T13462-92工矿企业电力变压器经济运行导则》，对变压器最佳经济运行区的上限负载率定为βz1=0.75。

　　根据变压器综合功率损耗率特性曲线，可以找到与βz1=0.75时的对应点

　　βz2，βz2即为最佳经济运行区的下限值，如图2所示。

　　由图2可知，变压器分别在βz1与βz2运行时，其综合功率损耗率是相等的，所以可得如下关系式：

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

　　经化简后可解得：

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

　　结论：最佳经济运行区的上限βz1=0.75;最佳经济运行区的下限βz2=1.333βz2。

　　综上所述，以变压器的实际综合功率负载系数β为据，可将变压器运行区域分为三类：

　　①最佳经济运行区：1.333βz2=βz2≤β≤βz1=0.75;

　　②经济运行区：βz1=0.75β≤βj1=1及β2z=βj2≤β≤βz2=1.333βz2;

　　③非经济运行区：0≤β≤βz2。

　　电力变压器的无励磁分接开关亦称无载调压开关，它只能在变压器停止运行，没有激磁的情况下用来改变变压器绕组的有效匝数，从而达到改变变比和变压器输出电压的目的。因此，分接开关的触点设计容量较小，也不需要采取灭弧措施，且开关操作也只限于手动就地操作。但是由于变压器缺油，开关质量差、维护不同、使用不慎、调档不到位等情况发生，将会使整台变压器烧坏。在我们所检修的电力变压器中。因无载分接开关故障导致电力变压器损坏的约占25%。