浅谈新参数下的变压器经济运行

　　
　　
　　摘要：本文分析了当前经济环境下变压器经济运行的必要性与可行性,并针对变压器的技术参数，提出了根据变压器的参数，选取合理的经济运行方式，从而达到节能的目的。
　　关键词：变压器；技术参数；经济运行
　　
　　变压器作为电力系统主要的电压变换设备，已被广泛应用于输电与配电领域，变压器的参数选择直接关系到电网的经济运行与投资。变压器的经济运行是在传输电量不变的情况下，通过调整负载和选取最佳的运行方式，从而把变压器的电能损失降到最低。变压器的损耗在电力系统能量的损耗中占相当大的比例，因此，实施变压器的经济运行是降低电网损耗、节约电能、实现电力系统经济运行的有效方式。
　　变压器在变换电压和传递功率的过程中，会产生有功功率和无功功率的损耗。变压器的有功功率和无功功率损耗不但与变压器的技术特性有关，而且会随着负载的变化而产生非线性的变化。因此，必须根据变压器的技术参数，选择合理的运行方式，同时加强变压器的运行管理，充分利用现有的设备条件，从而达到节约电能的目的。
　　1.变压器经济运行的必要性与可行性
　　1.1必要性
　　变压器经济运行是节能减排工作的重要组成部分，是应对当前经济环境的重要措施，是电力部门深化改革与发展的必然选择。随着经济全球化与工业化的进程,能源短缺问题与环境问题已成为当今制约全球可持续发展的主要问题。近几年来,我国大大增强节能减排力度,因此，要求电力系统降低损耗,实施变压器的经济运行便是电力系统降低能耗的一个重要举措。此外，受金融危机的影响，部分变电站已出现大马拉小车的状况，从而急需采用相应的技术和管理措施来改变这种高损耗的状态，促进变压器运行方式的进一步优化。
　　1.2可行性
　　现阶段，我国的电网建设已取得了阶段性成效，从而保证了变压器经济运行工作开展的安全性。目前，由于受到经济环境的影响，用电需求有所回落，从而使得变压器的负载率有所降低，这同时也为变压器的经济运行提供了空间。此外，多年来调度运行工作的开展，培养了大批优秀的技术人才，积累了许多宝贵的经验，这为变压器经济运行工作的开展储备了先进的运行经验。
　　2.变压器的技术参数
　　变压器的技术参数是计算分析变压器经济运行的数据基础，它是表征变压器在供电过程中自身损耗性能的。变压器常用的技术参数包括额定容量、空载电流、空载损耗、短路电压、短路损耗等。其中，三绕组变压器的空载电流与空载损耗的物理概念和计算方法与双绕组变压器相同，但三绕组间的短路电压与短路损耗必须要换算为各侧绕组的短路损耗与各侧绕组的额定负载漏磁功率后，才能对三绕组变压器的有功功率损耗与无功功率损耗进行计算。
　　每台变压器都会发生有功功率的空载损失与短路损失，以及无功功率的空载消耗与额定负载消耗。由于变压器的容量、电压等级以及铁芯材质的不同，因此上述各项参数也不尽相同。所以，变压器经济运行即是选取最佳组合参数的变压器的运行方式运行。
　　2.1空载电流
　　空载电流是在变压器空载运行过程中建立起主磁通，所以空载电流又可称作励磁电流。当变压器负载一端开路，并且在电源一端加额定电压时，原边绕组就会有电流流过，这个电流就是变压器的空载电流：I0%=I0/IN×100%；式中IN=SN/√3UN为变压器的额定电流（A），SN为变压器的额定容量（kVA），UN为变压器的额定电压（kV）。
　　2.2空载损耗
　　空载损耗P0是变压器在额定电压的条件下，铁芯内由空载电流引起磁通周期性变化时而产生的损耗，也叫做铁芯损耗（包括基本铁损与附加铁损）。基本铁损是变压器铁芯中的磁滞损耗Ph与涡流损耗P0。附加铁耗P5则包括铁芯叠片间因绝缘部分引起的局部涡流损耗和主磁通在结构部件中引起的涡流损耗，以及高压变压器中的介质损耗等。
　　2.3短路电压
　　变压器的短路电压是指在二次绕组短路的情况下，在一次绕组施加额定频率的低电压，当二次绕组通过额定电流时，一次绕组所施加的电压就称为变压器的短路电压Uk，也称为阻抗电压。一般状况下，阻抗电压Uk都用对额定电压的百分比Uk%来表示，即称为短路阻抗：Uk%=Uk/UN×100%；式中UN为变压器的额定电压（kV）。
　　就三绕组变压器而言，短路电压共有三个值：当变压器二次侧绕组处于短路条件下，并使该绕组达到额定电流时，在一次电源一端施加的电压为短路电压Uk12；当变压器的三次侧绕组短路条件下，并且使该绕组达到额定电流时，在一次电源一端施加的电压为短路电压Uk13；使额定容量小的一侧绕组（二次侧或三次侧）达到额定电流时，在另一侧（二次侧或三次侧）施加的电压为短路电压Uk23。三绕组变压器的短路电压值是分别用百分比Uk12%、Uk13%、Uk23%来表示。
　　2.4短路损耗
　　短路损耗Pk又叫做额定负载损耗。当变压器在额定负载下运行时，额定电流流过一次、二次绕组，则绕组中所产生的损耗称为额定负载损耗（包括基本铜损与附加铜损）。
　　就三绕组变压器而言，其短路损耗共有三个值：当变压器二次负载侧处于短路条件下，并且使该侧绕组达到额定电流时，在一次侧绕组和二次侧绕组所产生的总功率损耗为短路损耗Pk12；当变压器三次负载侧在短路条件下，并且使该侧绕组达到额定电流时，在一次侧绕组与三次侧绕组所产生的总功率损耗为短路损耗Pk13；当变压器三次负载侧（或二次侧）在短路条件下，并且使额定容量小的绕组达到额定电流时，在二次侧与三次侧所产生的总功率损耗即为短路损耗Pk23。
　　2.5无功损耗
　　在以上四个变压器技术参数中，空载电流I0与空载损耗P0主要是反映铁芯的特性，是通过空载试验测得的。当变压器二次侧开路、一次侧加上额定电压的状态下，在一次侧所测得的电流值即是空载电流I0，在一次侧测得的有功功率值即是空载损耗P0。短路电压UK与短路损耗Pk主要是反映一次、二次绕组的特性，可以通过额定负载条件下短路试验所取得的。当变压器二次侧短路、一次侧加上电压，使一次、二次侧绕组电流均达到额定值时，测得的电源一端的电压即是短路电压UK，测得的有功功率即是短路损耗Pk。P0与Pk主要反映变压器的有功功率损耗，而I0与UK则反映变压器的无功功率损耗，但要进行换算，其过程如下。
　　变压器在空载实验时，电源侧的视在功率S0(kVA)为：S0=√3I0UN=I0%SN/100。
　　变压器在空载实验时，电源侧的励磁功率Q0(kvar)为：Q0=√S02—P02。
　　变压器在短路试验时，电源侧的视在功率SK(kVA)为：SK=√3IKUK=UK%SN/100。
　　变压器在额定负载时所消耗的漏磁功率(无功功率)QK(kvar)为：QK=√SK2—PK2。
　　在进行变压器经济运行的计算分析时，为了简化计算，可近似认为：
　　Q0≈=S0=√3I0UN=I0%SN/100；
　　QK≈SK=√3IKUK=UK%SN/100。
　　3.变压器的功率损耗
　　3.1有功功率损耗
　　变压器在传输功率的过程中其自身要产生有功功率损耗(即空载损耗与负载损耗的总和)。
　　双绕组变压器有功功率损耗ΔP为：ΔP=P0+β2PK；式中β为负载系数，β=S/SN（S为变压器实际负荷，SN为变压器额定容量）；P0为空载有功损耗；PK为短路有功损耗。三绕组变压器有功功率损耗ΔP为：ΔP=P0+β12PK1+β22PK2+β32PK3；式中βi=Si/SiN为各侧绕组的负载系数，其中i=1,2,3.
　　3.2无功功率损耗
　　由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的，因此变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率的过程中，变压器自身的无功功率消耗远大于有功功率损耗。在计算分析变压器的经济运行时，不只要考虑有功功率损耗最小，还要考虑到无功消耗最小。变压器经济运行不仅能节约电能，还能提高变压器电源的功率因数。双绕组变压器无功功率损耗ΔQ为：ΔQ=Q0+β2Qk；式中Q0为空载无功损耗；Qk为短路无功损耗。三绕组变压器无功功率损耗ΔQ为：ΔQ=Q0+β12Qk1+β22Qk2+β32Qk3。
　　4.技术管理和经济运行
　　不同的功率因数所导致的变压器有功和无功损耗是不同的，随着功率因数的增高，变压器的有功损耗与无功损耗都会下降，因此，减少变压器的降压次数，就可以减少变压器的损耗。从而应尽量提高功率因数，降低变压器的无功功率。变压器绕组的电阻会随着温度升高而增大，同一变压器在相同负载下，若温度越低，损耗也就越低，因此，作好变压器散热工作，降低变压器的温度，是降低变压器损耗的有效手段。
　　5.总结
　　综上所述，开展变压器经济运行范围广，方式多，节电效果也很好。充分利用现有的设备条件，经过严密的计算分析，选取最佳技术参数的变压器，从而实现变压器的经济运行。
　　
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