变压器的经济运行分析

翟立军 ZHAI Li-jun

（国网石嘴山供电公司，石嘴山 753000）

摘要： 电力变压器作为电力系统电压变换的主要设备，被广泛应用于输电和配电领域，在实际应用中，应根据变压器的有关技术参数和所带负荷的实际情况，合理地选择运行方式，加强变压器的运行管理，使变压器运行在合理的经济区域，提高变压器的运行效率，以达到节约电能的目的。

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关键词 ： 变压器损耗；经济运行方式；经济负载系数；运行效率；节约电能

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）26-0014-02

作者简介：翟立军（1982-），男，宁夏石嘴山人，本科，中级工程师。

0 引言

变压器在变压和传递电功率的过程中，其自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗，由于变压器的总台数多，容量大，所以在发供用电过程中变压器的电能损耗约占整个电力系统损耗的百分之三十左右。因此，实行变压器经济运行是很有必要的。具体做法是通过择优选取变压器经济运行方式，从而最大限度地降低变压器的电能损耗。

1 变压器经济运行的必要性

①变压器的电能损失是客观存在的，但并不是必然和无法改变的，从经济运行的角度出发，应采取有效措施减少变压器的电损，比如我国政府应加大节能减排的力度，积极追求绿色GDP等。②变压器运行方式普遍存在着非经济运行状况，比如部分变电站出现 “大马拉小车”的问题等，开展变压器经济运行工作是改变变压器高损现象的重要技术与管理手段。③开展变压器经济运行工作是市场经济发展的必然选择。有资料显示，未来几年缺电的形势会比“十一五”后期更为紧张，在现有的环境下，使变压器经济运行工作的开展更加迫切。

2 变压器损耗概念及损耗分类

2.1 变压器损耗概念

变压器的损耗主要由铁损和铜损两部分，其中铁损用PFe表示，铜损用PCu表示。当变压器空载时，因其空载电流很小，故铜损也很小，所以此变压器的空载损耗P0几乎等于铁损，并且由于铁损仅和磁通密度有关，因此无论空载还是有载，变压器的铁损几乎不变，即PFe=P0。当变压器有载时，除了有固定的铁损外，还有负载电流流过原、副线圈所产生的电阻损耗，即铜损PCu，其大小与负载电流平方成正比。

2.2 变压器损耗分类

变压器的损耗主要分以下几类：

①有功空载损耗P0 是变压器磁滞和涡流损耗的统称，是固定损耗，与负荷无关。

②有功负载损耗Pk是变压器电阻损耗, 随负荷的平方变化。

③无功空载损耗Q0是建立磁场必须的无功功率, 与负荷无关。

④无功漏磁损耗Qk是变压器漏磁通产生的无功损耗，随负荷的平方变化。

3 变压器负载与损耗的关系

变压器的铁损Pt是一个和铁心相关的常数，它不随着变压器负载的变化而变化，负载损耗PCu与负载电流的平方成正比，是一个变化的量。故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。我们可以根据具体的变压器参数来计算出变压器的有功损耗。从而来确定变压器是否在合理的经济运行区域，通过改变变压器的运行方式以达到节约电能的目的。

4 变压器经济运行节能措施

4．1 合理选择变压器容量

变压器的效率一般在额定状况下均达96％以上，但是这样一个高的效率并不是在任何情况下都能获得的，它是由变压器的负载率决定的。变压器的实际运行状态按负载率大致可以分为三个区域一个点。

三个区域：①最佳经济运行区（最佳区）：它的范围一般在额定负载的25％~75％之间，在此区间效率较高。②经济运行区（经济区）：它的范围一般在额定负载的15％~100％之间，在此区间效率尚可。③最劣运行区：它的范围一般在10％~20％以下，在此区间效率低。

一个点：变压器功率损耗最低点，或称效率最高点，它位于最佳经济运行区内，一般在额定负载的40％左右。实际负载率在最佳区内从两边越靠近综合功率经济区负载系数点，效率越高。以上三个区域一个点各自对应的实际效率是多少，只需通过某些计算即可获得。

如何使变压器运行在其最佳区内或功率损耗最低点附近，发挥出实际的高效率，才是我们关心和追求的，由于负载率直接与变压器额定容量有关，于是对变压器本身的额定容量就有了一个选择要求。

4.1.1 引入无功经济当量

为了计算设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损耗增加量，特引入一个换算系数，即无功功率经济当量，它表示电力系统中每减少l千乏（kvar）的无功功率，相当于电力系统所减少的有功功率损耗kW数，其符号为Kq。对工厂变配电所来说，无功功率经济当量Kq=0.02～0.15（平均取K0=0.1）。

4.1.2 一台变压器经济运行的负荷率

变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分，而其无功损耗对电力系统来说，通过Kq换算后等效为有功损耗。因此变压器的有功损耗加上变压器无功损耗所换算的等效有功损耗，就称为变压器有功损耗换算值。一台变压器在负荷为S时的有功损耗换算值为

4.2 选用节能型变压器

Sl0，S11系列35kV的电力变压器的损耗值与S7系列对比其空载损耗可降低15％，负载损耗可降低30％。具有重量轻、体积小、损耗低、空载电流小、噪声低、抗短路能力强、节能效果明显等优点。

4.3 采用无功补偿设备提高功率因数

随着功率因数的提高，变压器的有功和无功消耗都要下降。因此采用提高功率因数和降低变压器运行温度的措施，可使变压器运行在最佳工作状况或接近这个状况。

4.4 择优汰劣达到节能目的

为达到节能目的，变压器老化到一定程度后就可以进行更新，不必等到损坏后，周期一般为20年。

4.5 避免空载运行

对长期处于空载的变压器及时停止运行，降低线损也比较明显。

4.6 降低变压器的温度

应作好变压器散热措施，降低变压器的温度。

5 实证分析

宁夏一供电所通过设备改造，用S10型节能变压器替代老型号SZL7型变压器，容量由2500KVA变为1600KVA。S10型变压器空载损耗为2095W，SZL7型变压器的空载损耗为3900W，替代后仅在铁损（空载损耗）方面一年就节电（3900-2095）W×8760=16687．8kW·h，相当可观。

5.1 老变压器运行分析如下：

变压器空载时的无功损耗△Q0由公式（2）得22．5Kvar，变压器额定负荷时的无功损耗增量△QN由公式（3）得l67Kvar，一台变压器经济运行的负荷率（Kq=0．1）Kec由公式（5）得0.38，变压器经济运行的负荷Sec 由公式（4）得950KVA。

5.2 新变压器运行分析如下：

变压器空载时的无功损耗△Q0由公式（2）得11．2Kvar，变压器额定负荷时的无功损耗增量△QN由公式（3）得104Kvar，一台变压器经济运行的负荷率（Kq=0．1）Kec由公式（5）得 0.34，变压器经济运行的负荷Sec 由公式（4）得544KVA。

5.3 我单位有两台电动机

当电动机两台运行时，电动机轴功率P为1076kW，功率因数COS￠为0.9所以：S=P/COS￠=1196KVA，此时变压器运行时损耗△P1由公式（1）得19．11kW。当电动机一台运行一台备用时，电动机轴功率P为538kW，功率因数COS￠为0.9所以：S=P/COS￠=598KVA此时，变压器运行时损耗△P1由公式（1）得7.20kW。

通过上述计算看出：根据管线压力与输量要求我站投入一台电机，轴功率为538kW，新变压器与电机匹配良好，工作在最佳经济运行区。原变压器则是大马拉小车，加上投用已有20年，应该淘汰。如果新变压器带两台电机运行，损耗是带一台电机的2．65倍，相应的损耗增加，不经济。我站优化运行方式，一台电机运行，一台备用，应避免两台电机同时投用。因此更换新变压器达到经济运行的目的，节电效果是明显的。

6 结论

变压器经济运行应用范围很广，节电效果很明显，方法也很多。可见，电网经济运行节电技术的发展和推广是响应保护生态环境和节约型社会最有力的举措，当然也会有更好的发展前景。

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参考文献：

[1]唐维，冯丹.变压器经济运行分析[J].四川电力技术，2003（02）.

[2]李虹.变压器的经济运行与容量选择[J].冶金动力，2003（02）.

[3]沈战岭.变压器的经济运行[J].节能与环保，2002（02）.