輕負荷時期減少變壓器損耗的運行方式簡介

　　由于電力工程必須超前建設的特點，一些新投入的變配電工程在一段短時期內(1～2 a)負荷較輕。而變壓器的損耗在中低壓電網的線損中占的比例較大，尤其是輕負荷時占的比例更大。電網中存在一定數量輕載運行的變壓器，即所謂“大馬拉小車”的現象，無疑對降損節能不利，如何解決這個問題已是電力系統線損管理中的一個老話題。
　　1 、變壓器的負荷與損耗的關系
　　　變壓器的有功功率損耗是空載損耗和負載損耗之和。空載損耗是一個常數，它不隨變壓器的負荷變化而變化。而負載損耗則是隨著負荷電流的變化而變化，它與負荷電流的平方成正比。在一定負載電流下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：
　　　P=P0+PL，
　　　式中　P——變壓器的總損耗功率;
　　　 P0——變壓器的空載損耗功率;
　　 　PL——變壓器在一定負載電流下的負載損耗功率。
　　　負載損耗又與負荷電流I的平方成正比，即
　　　PL=I2R，
　　　式中　R——變壓器繞組的等值電阻。
　　　變壓器銘牌中給出了空載損耗P0和額定負載損耗PK，PK可表示為：
　　　PK=In2R，
　　　式中　In——變壓器額定負荷電流。
　　　至此，可得出變壓器在負荷電流為I時的總損耗值如下式：
　　　P=P0+(I2/I2n)PK.
　　2 、不同運行方式下變壓器損耗的比較
　　　運行中的變壓器，除了存在一定的有功功率損耗外，還要消耗一定的無功功率(勵磁功率和漏磁功率)，無功功率在聯接該變壓器電源側電網中也引起有功功率損耗，本文只討論不同運行方式下變壓器本身的有功功率損耗。
　　2.1　兩臺相同容量變壓器分列運行與單臺帶全部負荷的比較
　　　此方式比較的前提條件是兩臺變壓器的負荷電流之和不大于其中一臺的額定電流。假設兩臺變壓器分列運行時，每臺帶的負荷電流均為I，此時兩臺變壓器的損耗之和為：
　　　P2T=2PT=2[P0+(I2/I2n)PK].　　　(1)
　　　如果兩臺變壓器的負荷由其中一臺兼供，另一臺變壓器停運備用，此時帶負荷的一臺變壓器損耗為：
　　　P1T=P0+(4I2/I2n)PK.　　　(2)
　　　令P2T=P1T，由(1)式和(2)式可求得兩臺變壓器分列運行和一臺變壓器帶全部負荷時總損耗相等的臨界負荷電流值I′，
　　　即　(3)
　　　當II′時，則兩臺分列運行時的總損耗小于單臺帶全部負荷的損耗。
　　2.2　單臺不同容量的變壓器分別帶相同負荷時的比較
　　　假設兩臺不同容量的變壓器帶相同的負荷電流I(前提條件是I小于容量較小的一臺配變的額定電流)。容量大的一臺空載損耗為P10，短路損耗為P1K，額定負荷電流為I1n;容量小的一臺空載損耗為P20，短路損耗為P2K，額定負載電流為I2n。當兩臺變壓器的損耗相等，即P1=P2時，則
　　　P10+(I2/I21n)P1K=P20+(I2/I22n)P2K.　　(4)
　　　解(4)式可得臨界負荷電流I″：
　　 　(5)
　　　當負荷電流II″時，容量大的一臺損耗較小。
　　3 、110 kV終端變電站主變壓器運行方式的選擇
　　　一般新投入的110 kV終端變電站都安裝兩臺主變壓器，而且在多數情況下負荷較輕。為了減少變壓器的損耗，根據2.1節可得，當兩臺主變壓器的平均負荷電流I
　　　例如，黃埔供電局某110 kV變電站，兩臺主變壓器型號為SFZ8-40000/110，空載損耗P0=32 kW，短路損耗PK=162 kW，額定電流In=2 200 A。代入(3)式得I′=691 A。
　　　即當分列運行時每臺主變壓器平均負荷電流小于691 A時，采用一臺主變壓器帶全站負荷，另一臺主變壓器備用自投的運行方式，可減少變電站主變壓器的總損耗，當每臺主變壓器的平均負荷電流等于或大于691 A時，則采用主變壓器分列運行的方式較好。
　　4 、10 kV配電變壓器運行方式的選擇
　　　一些新建的商住小區，建筑密集，報裝負荷較大，小區內配電變壓器之間距離較短，區內配電網的線損中，配電變壓器的損耗占比例較大。新建初期區內入住率低，負荷較輕且較分散。而小區內的配電工程一般按規劃用電負荷一步到位安裝配電變壓器，這就造成了“大馬拉小車”現象。另外，夏季高峰負荷與冬季負荷比較，冬季負荷較輕，每到冬季也會出現“大馬拉小車”現象。解決這一問題的傳統做法是更換成小容量的變壓器。
　　　例如，把一臺630 kVA的配電變壓器更換為315 kVA的配電變壓器，以某變壓器廠產品參數為例作計算。SC3-630/10型配電變壓器的參數為：
　　　P10=1 800 W，P1K=5 270 W，I1n=909.3 A;SC3-315/10型配電變壓器的參數為P20=1 200 W，P2K=3 150 W，I2n=454.7 A。代入(5)式得I″=260.2 A。
　　　當負荷電流小于260.2 A時，把630 kVA變壓器換成315 kVA變壓器，可以減少變壓器的損耗。
　　　如果有兩臺鄰近的630 kVA配電變壓器，在低壓側用聯絡線聯結，兩臺配電變壓器的負荷由其中一臺來供給，另一臺停運備用。根據(3)式可得I′=375.8 A。
　　　如果聯絡線很短，聯絡線的損耗可以忽略不計，當單臺配電變壓器平均負荷電流小于375.8 A時，就可以采用上述方法減少變壓器的損耗。
　　　又假設有兩臺鄰近的630 kVA配電變壓器，比較上例中的兩種方式的總損耗。若單臺配電變壓器平均負荷電流為200 A，按上例的前一種方式，用兩臺315 kVA的配電變壓器代換630 kVA的配電變壓器，則兩臺315 kVA配電變壓器的損耗之和為：
　　　P2=2P20+2(I2/I22n)P2K=3619 W.
　　　按后一種方式，則一臺630 kVA配電變壓器帶400 A負荷，其損耗為
　　　P1=P10+(I2/I21n)P1K=2820 W.
　　　顯然，如果有兩臺鄰近的配電變壓器，上例中的后一種方式比前一種方式變壓器的總損耗小。由此可以推得，當每臺配電變壓器的平均負荷電流越小，上例中后一種方式降損效果越顯著。
　　　在實際應用中，用低壓側聯絡線的方式只需操作低壓開關即可實現運行方式的轉換。而更換變壓器，不僅工作量大，而且還要有相當數量的備用變壓器，效果還不如用聯絡線的方式好，經濟上也不合算。用聯絡線的方法，可推廣到鄰近的多臺變壓器，只要作簡單計算即可得出臨界負荷電流，這里不詳述。建議在小區配網設計上，增加低壓側的聯絡線，線徑可按配電變壓器的額定負荷電流的1/3～1/2考慮，施工時一步到位，建成后的小區配電變壓器便可靈活轉換運行方式了。
　　5 、結論
　　a)對于新投運的110 kV終端變電站，如裝有兩臺主變壓器，當每臺變壓器平均負荷電流小于(3)式所計算的I′時，采用一臺主變壓器帶全站負荷，另一臺備用自動投入的方式，既可減少變壓器損耗，又保證了供電可靠率。
　　b)對單臺運行的配電變壓器，當負荷電流小于(5)式所計算的I″時，可用更換成小容量的配電變壓器的方法來減少變壓器的損耗。
　　c)對于已安裝有多臺配電變壓器新建的商住小區，建議采用低壓側聯絡線的方式。當相鄰兩臺配變的平均負荷電流小于(3)式所計算的I′時，通過低壓側聯絡線由其中一臺帶全部負荷，另一臺停電備用，其減少變壓器損耗的效果較優。這種方法推廣到相鄰多臺配電變壓器的情況下應用，可以最大限度地減少“大馬拉小車”造成的損耗。

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