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減少變壓器負(fù)荷與損耗的運(yùn)行方式

更新時(shí)間:2009-09-07      瀏覽次數(shù):1732

減少變壓器負(fù)荷與損耗的運(yùn)行方式由于電力工程必須超前建設(shè)的特點(diǎn),一些新投入的變配電工程在一段短時(shí)期內(nèi)(1~2 a)負(fù)荷較輕。而變壓器的損耗在中低壓電網(wǎng)的線損中占的比例較大,尤其是輕負(fù)荷時(shí)占的比例更大。電網(wǎng)中存在一定數(shù)量輕載運(yùn)行的變壓器,即所謂“大馬拉小車(chē)”的現(xiàn)象,無(wú)疑對(duì)降損節(jié)能不利,如何解決這個(gè)問(wèn)題已是電力系統(tǒng)線損管理中的一個(gè)老話(huà)題。
  1 變壓器負(fù)荷與損耗的關(guān)系
   變壓器的有功功率損耗是空載損耗和負(fù)載損耗之和??蛰d損耗是一個(gè)常數(shù),它不隨變壓器負(fù)荷變化而變化。而負(fù)載損耗則是隨著負(fù)荷電流的變化而變化,它與負(fù)荷電流的平方成正比。在一定負(fù)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(fù)載電流下的負(fù)載損耗功率。
   負(fù)載損耗又與負(fù)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(fù)載損耗PK,PK可表示為:
   PK=In2R,
   式中 In——變壓器額定負(fù)荷電流。
   至此,可得出變壓器負(fù)荷電流為I時(shí)的總損耗值如下式:
   P=P0+(I2/I2n)PK.
  2 不同運(yùn)行方式下變壓器損耗的比較
   運(yùn)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(wú)功功率(勵(lì)磁功率和漏磁功率),無(wú)功功率在聯(lián)接該變壓器電源側(cè)電網(wǎng)中也引起有功功率損耗,本文只討論不同運(yùn)行方式下變壓器本身的有功功率損耗。
  2.1 兩臺(tái)相同容量變壓器分列運(yùn)行與單臺(tái)帶全部負(fù)荷的比較
   此方式比較的前提條件是兩臺(tái)變壓器負(fù)荷電流之和不大于其中一臺(tái)的額定電流。假設(shè)兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行時(shí),每臺(tái)帶的負(fù)荷電流均為I,此時(shí)兩臺(tái)變壓器的損耗之和為:
   P2T=2PT=2[P0+(I2/I2n)PK].  ?。?)
   如果兩臺(tái)變壓器負(fù)荷由其中一臺(tái)兼供,另一臺(tái)變壓器停運(yùn)備用,此時(shí)帶負(fù)荷的一臺(tái)變壓器損耗為:
   P1T=P0+(4I2/I2n)PK.  ?。?)
   令P2T=P1T,由(1)式和(2)式可求得兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行和一臺(tái)變壓器帶全部負(fù)荷時(shí)總損耗相等的臨界負(fù)荷電流值I′,
   即?。?)
   當(dāng)II′時(shí),則兩臺(tái)分列運(yùn)行時(shí)的總損耗小于單臺(tái)帶全部負(fù)荷的損耗。
  2.2 單臺(tái)不同容量的變壓器分別帶相同負(fù)荷時(shí)的比較
   假設(shè)兩臺(tái)不同容量的變壓器帶相同的負(fù)荷電流I(前提條件是I小于容量較小的一臺(tái)配變的額定電流)。容量大的一臺(tái)空載損耗為P10,短路損耗為P1K,額定負(fù)荷電流為I1n;容量小的一臺(tái)空載損耗為P20,短路損耗為P2K,額定負(fù)載電流為I2n。當(dāng)兩臺(tái)變壓器的損耗相等,即P1=P2時(shí),則
   P10+(I2/I21n)P1K=P20+(I2/I22n)P2K. ?。?)
   解(4)式可得臨界負(fù)荷電流I″:
    (5)
   當(dāng)負(fù)荷電流II″時(shí),容量大的一臺(tái)損耗較小。
  3 110 kV終端變電站主變壓器運(yùn)行方式的選擇
   一般新投入的110 kV終端變電站都安裝兩臺(tái)主變壓器,而且在多數(shù)情況下負(fù)荷較輕。為了減少變壓器的損耗,根據(jù)2.1節(jié)可得,當(dāng)兩臺(tái)主變壓器的平均負(fù)荷電流I
   例如,黃埔供電局某110 kV變電站,兩臺(tái)主變壓器型號(hào)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(dāng)分列運(yùn)行時(shí)每臺(tái)主變壓器平均負(fù)荷電流小于691 A時(shí),采用一臺(tái)主變壓器帶全站負(fù)荷,另一臺(tái)主變壓器備用自投的運(yùn)行方式,可減少變電站主變壓器的總損耗,當(dāng)每臺(tái)主變壓器的平均負(fù)荷電流等于或大于691 A時(shí),則采用主變壓器分列運(yùn)行的方式較好。
  4 10 kV配電變壓器運(yùn)行方式的選擇
   一些新建的商住小區(qū),建筑密集,報(bào)裝負(fù)荷較大,小區(qū)內(nèi)配電變壓器之間距離較短,區(qū)內(nèi)配電網(wǎng)的線損中,配電變壓器的損耗占比例較大。新建初期區(qū)內(nèi)入住率低,負(fù)荷較輕且較分散。而小區(qū)內(nèi)的配電工程一般按規(guī)劃用電負(fù)荷一步到位安裝配電變壓器,這就造成了“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象。另外,夏季高峰負(fù)荷與冬季負(fù)荷比較,冬季負(fù)荷較輕,每到冬季也會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象。解決這一問(wèn)題的傳統(tǒng)做法是更換成小容量的變壓器。
   例如,把一臺(tái)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(chǎn)品參數(shù)為例作計(jì)算。SC3-630/10型配電變壓器的參數(shù)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(shù)為P20=1 200 W,P2K=3 150 W,I2n=454.7 A。代入(5)式得I″=260.2 A。
   當(dāng)負(fù)荷電流小于260.2 A時(shí),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(tái)鄰近的630 kVA配電變壓器,在低壓側(cè)用聯(lián)絡(luò)線聯(lián)結(jié),兩臺(tái)配電變壓器負(fù)荷由其中一臺(tái)來(lái)供給,另一臺(tái)停運(yùn)備用。根據(jù)(3)式可得I′=375.8 A。
   如果聯(lián)絡(luò)線很短,聯(lián)絡(luò)線的損耗可以忽略不計(jì),當(dāng)單臺(tái)配電變壓器平均負(fù)荷電流小于375.8 A時(shí),就可以采用上述方法減少變壓器的損耗。
   又假設(shè)有兩臺(tái)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(tái)配電變壓器平均負(fù)荷電流為200 A,按上例的前一種方式,用兩臺(tái)315 kVA的配電變壓器代換630 kVA的配電變壓器,則兩臺(tái)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(tái)630 kVA配電變壓器帶400 A負(fù)荷,其損耗為
   P1=P10+(I2/I21n)P1K=2820 W.
   顯然,如果有兩臺(tái)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(dāng)每臺(tái)配電變壓器的平均負(fù)荷電流越小,上例中后一種方式降損效果越顯著。
   在實(shí)際應(yīng)用中,用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式只需操作低壓開(kāi)關(guān)即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換。而更換變壓器,不僅工作量大,而且還要有相當(dāng)數(shù)量的備用變壓器,效果還不如用聯(lián)絡(luò)線的方式好,經(jīng)濟(jì)上也不合算。用聯(lián)絡(luò)線的方法,可推廣到鄰近的多臺(tái)變壓器,只要作簡(jiǎn)單計(jì)算即可得出臨界負(fù)荷電流,這里不詳述。建議在小區(qū)配網(wǎng)設(shè)計(jì)上,增加低壓側(cè)的聯(lián)絡(luò)線,線徑可按配電變壓器的額定負(fù)荷電流的1/3~1/2考慮,施工時(shí)一步到位,建成后的小區(qū)配電變壓器便可靈活轉(zhuǎn)換運(yùn)行方式了。
  5 結(jié)論
  a)對(duì)于新投運(yùn)的110 kV終端變電站,如裝有兩臺(tái)主變壓器,當(dāng)每臺(tái)變壓器平均負(fù)荷電流小于(3)式所計(jì)算的I′時(shí),采用一臺(tái)主變壓器帶全站負(fù)荷,另一臺(tái)備用自動(dòng)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(duì)單臺(tái)運(yùn)行的配電變壓器,當(dāng)負(fù)荷電流小于(5)式所計(jì)算的I″時(shí),可用更換成小容量的配電變壓器的方法來(lái)減少變壓器的損耗。
  c)對(duì)于已安裝有多臺(tái)配電變壓器新建的商住小區(qū),建議采用低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線的方式。當(dāng)相鄰兩臺(tái)配變的平均負(fù)荷電流小于(3)式所計(jì)算的I′時(shí),通過(guò)低壓側(cè)聯(lián)絡(luò)線由其中一臺(tái)帶全部負(fù)荷,另一臺(tái)停電備用,其減少變壓器損耗的效果較優(yōu)。這種方法推廣到相鄰多臺(tái)配電變壓器的情況下應(yīng)用,可以zui大限度地減少“大馬拉小車(chē)”造成的損耗。
 

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