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1、变压器的合理设计与经济运行探讨来源：中国节能产业网时间：2009-2-18 18:22:221. 绪论变压器经济运行是指在传输电量相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。换言之，经济运行就是充分发挥变压器效能，合理地选择运行方式，从而降低用电单耗。所以，变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。2. 概述2. 1变压器的技术参数2. 1. 1空载电流空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。当变压器二次侧开路，在一次侧加电压U1e时，一次侧要产生电流Io空载电流。通常Zm？ Z1，则Z1可以忽略。Io=U1e/（Z1+
2、Zm） （2-1）Z1变压器一次阻抗Zm变压器激磁阻抗2. 1. 2空载损失由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯的电阻成反比。磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热，其损失大小由磁滞回线决定。2. 1. 3短路电压（短路阻抗）短路电压是指在进行短路试验时，当绕组中的电流达到额定值，则加在一次侧的电压。uk%=Uk/U1e *100% （2-2）从运行性能考虑，要求变压器的阻抗电压小一些，即变压器总的漏阻抗电压小一些，使二次侧电压波动受负载变化影响小些；但从限制变压器短路电流的角度，
3、阻抗电压应大一些。2. 1. 4短路损失短路损失Pk是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失（亦铜损）。变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关，变压器铭牌规定的Pk值，指绕组温度为75时额定负载产生的功率损失。2. 2变压器存在经济运行的因素2. 2. 1变压器间技术参数存在差异每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失，及无功功率的空载消耗和额定负载消耗。因变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，所以上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器的运行方式运行。2. 2. 2变压器有功功率损失和损失率的负载特性变压器功率损失P（千瓦）、效率（%）和损失
4、率P%（%）的计算公式：P=Po+2Pk （2-3）=P2/ P1= Secos/（Secos+Po+2Pk）*100 （2-4）P%=P/P1*100% =（ Po+2Pk）/（Secos+Po+2Pk）*100% （2-5）=I2/I2e= P2/Secos （2-6）P1变压器电源侧输入的功率P2变压器负载侧输出的功率cos负载功率因数负载系数I2变压器二次侧负载电流I2e变压器二次侧额定电流由上图可知变压器损失率P%是变压器负载系数的二次函数，P%先随着的增大而下降，当负载系数等于jp=（Po / Pk）1/2 （2-7）时即铜损等于铁损。然后P%又随着增大而上升。jp是最小损失率P%
5、的负载系数，称为有功经济负载系数。所以，当固定变压器运行时，可通过调整负荷来降低P%.2. 2. 3变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性变压器无功功率消耗Q的基本公式为：Q=Q0+ 2Qk （2-8）为衡量变压器传输单位有功功率时消耗的无功功率，便提出无功消耗率的公式：Q%=Q/ Q1*100% （2-9）2. 3变压器无功功率的经济运行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。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失。因此，在分析变压器经济运行时，无功消耗和有功损失都要最小。在额定负载条件下，变压器的无功功率消耗和有功功率损失之比为：Kxr=Qe/Pe=
6、（Q0+Qk）/（P0+Pk） （2-10）Kxr=（I0+Ie）2 Xm+Xk/ （I0+Ie）2 rm+rk （2-11）Kxr 阻抗比Qe、Pe 变压器自身无功消耗和有功损失Xm 、rm 变压器励磁回路感抗和电阻Xk 变压器额定负载下的漏磁感抗和rk 变压器短路电阻Kxr变压器总的电抗和总的电阻之比，其值大小代表变压器感性强度。阻抗比和变压器的容量有关，容量在5607500KVA之间，Kxr510.变压器空载功率因数公式为：cos0=P0/S0 （2-12）由于变压器是个感性负载，其空载功率因数很低，一般变化范围为cos0=0.050.2.变压器容量越大，cos0越小。2. 4变压器技术
7、特性优劣的分析和计算变压器技术特性优劣的分析和计算是分析计算变压器经济运行的基础。在有些情况下可以直观的区分变压器技术特性的优劣。但在某些情况下，特别是对容量不同的变压器，其技术特性的优劣要通过判定公式计算后才能计算。2. 4. 1容量相同的变压器技术特性优劣的判定若有A、B两台容量相同的变压器，其参数为：PAO、PAK、IA0%、UAK %、PBO、PBK、IB0%、UBK %，每台变压器功率损失率计算公式同（2-3）式。当PA=PB时，可解得有功临界负载系数L：L=（PAO PBO）/（PBK PAK）1/2 （213）2. 4. 1. 1 若PAO PBO及PAK PBK，在图2-2（a
8、）中无交点，在此情况下变压器A明显优于B.2. 4. 1. 2 若PAO PBK，PAO + PBO 1.PA=f（）与PB2=f（）交于图2-2（a）中的A点，此时变压器A优于B.此种情况下，只有变压器B满载以后时，变压器B才优于变压器A .在实际运行中，L 1时没有实际意义。2. 4. 1. 3若PAO PBK，PAO + PBO PAK +PBK，解得L 1.PA=f（）与PB3=f（）交于图2-2（a）中的B点。在此情况下，当 L时变压器B优于A.2. 4. 1. 4若PAO = PBO及PAK PBK，解得L =0.PA=f（）与PB5=f（）交于图2-2（b）中L =0，此时变压器
9、A优于B.2. 4. 1. 5 若PAO PBO及PAK = PBK，解得L =。在图2-2（b）中PA=f（）与PB5=f（）两条曲线曲率完全相同，无交点，此时变压器A优于B.2. 4. 1. 6若PAO = PBO及PAK = PBK，解得L =0/0（不定式）。在图2-2（b）中PA=f（）与PB6=f（）是同一条曲线。我公司新厂区2#主变P2O =18.45, P2K =88.56；3#主变P3O =18.44，P3K =8.67.PAO PBK，PAO + PBO 1.属于第二种情况。同理也可推导出按无功功率和按综合功率经济运行，两台变压器间的临界负载系数LQ 和LZ：L=（QAO
10、QBO）/（QBK QAK）1/2 （214）L=PAO PBO+ KQ（QAO QBO）/PBK PAK+ KQ（QBK QAK）1/2 （215）2. 4. 2 容量不同的变压器技术特性优劣的判定如果两台变压器的容量SDe SL时，则选用容量大的变压器；反之，SSL时，则选用容量小的变压器。4. 3变压器运行方式的经济运行区4. 3. 1单台变压器的经济运行区由于变压器损失率的负载特性是一个非线性函数，所以，如图4-3中可按损失率的大小分成三个运行区：经济运行区，不良运行区和最劣运行区。运行区间临界条件的计算公式是在“大马拉小车”临界条件的基础上导出的。4. 3. 1. 1根据式（4-6）
11、可知，在一般情况下Lj有两个根，即图4-3中A、B两点。所以，当负载系数在Lj2Lj1内变化时，变压器处在经济运行区，损失率是较低的，其变化范围Pd%PLj%.4. 3. 1. 2 根据上图可知，L只有一个根，即图中点L.区间LLj2及Lj11称不良运行区。在此区间内变压器损失率是比较大的，变化范围是PLj PLL%，运行不经济。4. 3. 1. 3图4-3中0L是最劣运行区，通称过轻载运行区间，变压器损失率很大，运行极不经济。5. 科学管理和变压器经济运行5. 1变压器制造和经济运行变压器经济运行不仅取决于经济运行方式，同时更取决于变压器的制造水平。按变压器经常负载大致可以分为四种情况：一是
12、经常处于满载或接近满载运行的变压器；二是经常处于多半载运行的变压器；三是经常处于少半载运行的变压器；四是经常处于轻载或空载运行的变压器。当前制造厂出厂的变压器，经济负载率大都是4060%范围，对上面的四类负载都不完全适应，特别是对满载或轻载运行的变压器损失率是很大的。因此，建议生产四个类型的变压器，其经济负载率分别为90%、65%、40%、20%.各用电单位都能根据变压器的负载情况选择相应的经济负载率的变压器。这样一来，各用电单位的变压器都能在经济运行区运行，就可以大量节约有功电量和无功电量。5. 2变压器更新和经济运行设备更新的目的不单纯是消除其有形磨损，更是为了消除其无形磨损。只有不断更新
13、的途径才能从根本上使设备损耗降低、效率提高，改善技术落后状况。更新变压器必然会带来有功电量和无功电量的节约。但要增加投资，这里也存在一个回收年限的问题。变压器不是损坏后才更新，而是老化到一定程度，还要有一定剩值时就可以更新。变压器厂家对各种不同型式、不同容量的变压器的使用寿命都有规定，一般为20年。使用单位按这一规定年限提取设备折旧费，并进行变压器更新。5. 3技术管理和经济运行5. 3. 1减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗。5. 3. 2在安全条件的允许下，对于变比小于2的变压器，尽量采用自耦变压器。自耦变压器和同容量的两线圈的变压器相比，有功和无功损耗要减小很多。5. 3. 3不
14、同的功率因数引起的变压器有功和无功消耗也不同，即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，应尽量提高功率因数，降低变压器的无功功率。5. 3. 4变压器绕组的电阻随着温度增高而增大。对同一台变压器在同一负载下，如果温度越低，损耗也越低。因此，应作好变压器散热，降低变压器的温度。6. 结束语如上所述，开展变压器经济运行范围很广，办法很多，节电效果也很好。6. 1首先是充分利用现有设备条件，通过详细分析和严密计算，选择技术参数好的变压器和经济运行方式运行6. 2其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。6. 3对不合理的运行方式，必须用新增设变压器实现经济运行。所增加的投资，通过节电很快能收回。7. 参考文献7. 1变压器经济运行天津科学技术出版社7. 2电机及拖动基础机械工业出版社碳贷通：节能项目贷款，免抵押、零首付、二周内资金全额到账碳险通：节能项目保险，节能能力全责保险、项目收益权保险节能技术方案保险机构、银行机构认可认证电话：0755-82722776 82727533