變壓器功率損耗分析與提高系統(tǒng)功率因數(shù)的措施

朱文全

（廣州市自來(lái)水公司石溪水廠，廣州 510288）

供電部門(mén)考核用戶的功率因數(shù)時(shí)，通常是考核用戶變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)值，即變壓器消耗的有功和無(wú)功電量也參與功率因數(shù)的計(jì)算。如果是高壓計(jì)量的用戶，變壓器消耗的有功和無(wú)功電量已經(jīng)走表，這時(shí)按電能表抄見(jiàn)電量計(jì)算的功率因數(shù)值即為一次功率因數(shù)；對(duì)變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)有影響的是變壓器的負(fù)載率和負(fù)荷的功率因數(shù)。負(fù)載率越低，對(duì)變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)影響就越大，反之越小。負(fù)載率是由生產(chǎn)用電狀況所決定的，而負(fù)荷的功率因數(shù)是可以通過(guò)電容器補(bǔ)償改變的。我們要討論的是：由于變壓器的負(fù)載率低，造成了變壓器的無(wú)功消耗對(duì)其高壓計(jì)費(fèi)側(cè)功率因數(shù)的影響。

石溪水廠轉(zhuǎn)入加壓供水后，取水泵站變壓器負(fù)載率由原來(lái)的83%下降為1.2%，隨著負(fù)荷的降低，系統(tǒng)功率因數(shù)也隨之下降，我廠在變壓器低壓負(fù)荷側(cè)手動(dòng)投入一組小容量電容器，使功率因數(shù)得到提高。本文首先分析變電站無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈恢煤托Ч灰约皩?duì)變壓器損耗進(jìn)行分析和計(jì)算，系統(tǒng)功率因數(shù)分析，采取提高功率因數(shù)對(duì)策，從而減少電量損失及考核電費(fèi)，提高經(jīng)濟(jì)效益目的。

1 系統(tǒng)分析

首先分析10kV 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈恢煤托Ч鐖D1所示。

圖1 電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奈恢眯Ч?

由圖1可以看出：電力系統(tǒng)所采用的無(wú)功補(bǔ)償主要有高壓集中補(bǔ)償、低壓成組補(bǔ)償及低壓分散補(bǔ)償。各補(bǔ)償形式都有其各自的補(bǔ)償范圍，如高壓集中補(bǔ)償只能補(bǔ)償10kV 母線電源側(cè)所有線路和變電所的無(wú)功功率，而10kV 線路負(fù)荷側(cè)的無(wú)功功率仍得不到補(bǔ)償，其向量分析為：U1為10kV 母線電壓，負(fù)荷電流為I1，功率因數(shù)角為φ1，電容器電流為經(jīng)電容器補(bǔ)償后，電源方向的電流變?yōu)镮'1、功率因數(shù)角為φ'1。從圖1中可以看出，I'1＜I1，φ'1＜φ1。因此，補(bǔ)償對(duì)電力系統(tǒng)起到了作用。低壓成組補(bǔ)償及低壓分散補(bǔ)償向量分析同理。

由各補(bǔ)償形式范圍及其向量分析，在用戶側(cè)只要配置合適的并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量，就可以調(diào)整用戶變壓器高壓計(jì)量點(diǎn)的功率因數(shù)，使功率因數(shù)值滿足供電局考核要求，達(dá)到減少電量損失,提高經(jīng)濟(jì)效益目的。

空間顯示功能是地圖學(xué)區(qū)別于其他學(xué)科的最大學(xué)科屬性，通過(guò)地圖可視化功能可以直觀展示出各類數(shù)據(jù)和信息的空間分布.信息化時(shí)代下地圖顯示方式已完全超出傳統(tǒng)的二維和三維顯示，新的概念地圖難以通過(guò)語(yǔ)言描述去直觀感受地圖的呈現(xiàn)方式，如全息位置地圖、時(shí)空大數(shù)據(jù)地圖等.因此在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)充分利用三維動(dòng)畫(huà)、多媒體可視化設(shè)備等進(jìn)行地圖新圖種的演示教學(xué)，增加學(xué)生對(duì)不同地圖圖種顯示方式的直觀認(rèn)識(shí)，從中總結(jié)出地圖顯示方式的演進(jìn)過(guò)程，并鼓勵(lì)學(xué)生跟蹤最新發(fā)展動(dòng)態(tài)，設(shè)計(jì)富有開(kāi)創(chuàng)性的電子地圖作品.

學(xué)生管理隊(duì)伍建設(shè)力度不足。對(duì)于學(xué)生人數(shù)相對(duì)較小的學(xué)院，學(xué)院的師生配比問(wèn)題尚未顯現(xiàn)，但對(duì)于學(xué)生人數(shù)相對(duì)較多的學(xué)院，這種矛盾則體現(xiàn)的較為全面。學(xué)生工作細(xì)碎而繁雜，管理人員的精力難以全面覆蓋。管理隊(duì)伍建設(shè)滯后的問(wèn)題不但表現(xiàn)在管理教師人數(shù)嚴(yán)重不足，同時(shí)也體現(xiàn)為管理教師綜合素質(zhì)不高與年齡結(jié)構(gòu)失衡，具體表現(xiàn)在從事對(duì)口專業(yè)的管理人員不足、管理人員年齡偏大、管理激情減退等方面，這個(gè)問(wèn)題不利于學(xué)生管理信息化工作的推進(jìn)。

2 變壓器功率損耗計(jì)算

石溪水廠取水泵站變壓器為 S7-1250/10，1250kVA，短路電壓Vs%=4.5，空載電流為I0%，空載損耗 ΔP0= 2.2kW ，負(fù)載損耗 ΔPs= 1 4kW ；變壓器高壓側(cè)每小時(shí)實(shí)抄有功電量為：P= 1 4kW · h ；變壓器高壓側(cè)每小時(shí)實(shí)抄無(wú)功電量：Q=16kvar·h；雙繞組變壓器的近似等值電路如圖2所示。

學(xué)生自主申報(bào)的科研項(xiàng)目，往往是由同一屆學(xué)生甚至同班同學(xué)組成，重申請(qǐng)、輕完成的情況較為普遍[5]，項(xiàng)目申報(bào)時(shí)學(xué)生正處于積極性高、精力充沛的大二、大三階段，學(xué)生在項(xiàng)目申報(bào)時(shí)表現(xiàn)積極，而在實(shí)施過(guò)程中因缺乏動(dòng)力和持之以恒的精神，或者由于學(xué)生已臨近畢業(yè)，導(dǎo)致項(xiàng)目尚未完成而中途放棄的現(xiàn)象。這種情況一方面影響下次的申報(bào)，另一方面也影響了帶教教師的積極性。

2）變壓器的電抗

圖2 雙繞組變壓器的近似等值電路

3）計(jì)算變壓器鐵心功率損耗（等值勵(lì)磁支路勵(lì)磁損耗） ΔS0

4）計(jì)算變壓器繞組功率損耗（等值繞組和電抗產(chǎn)生的功率損耗） ΔST

根據(jù)以上對(duì)無(wú)功功率缺額的初步估算，擬在變壓器的低壓側(cè)設(shè)置10kvar 補(bǔ)償容量。

變壓器高壓側(cè)：

3 系統(tǒng)功率因數(shù)分析

變壓器高壓側(cè)總功率需求為

清朝乾隆后期，中國(guó)輝煌的燒瓷事業(yè)開(kāi)始走下坡路。到嘉慶開(kāi)始，乾隆皇帝以太上皇攝政，制度基本和乾隆時(shí)期差不多到乾隆死去后，清朝進(jìn)入中期，嘉慶皇帝勤儉節(jié)約，親臨朝政，日理萬(wàn)機(jī)，青花釉里紅官窯燒制數(shù)量大量減少，因此工藝技術(shù)下降，制作粗燥，這就導(dǎo)致曾經(jīng)輝煌的青花釉里紅瓷開(kāi)始走向衰落，直至當(dāng)代青花釉里紅才開(kāi)始慢慢復(fù)蘇。

高壓側(cè)功率因數(shù) cosφ1= 0.66。

變壓器的功率消耗為

五四時(shí)期，馬克思主義在中國(guó)的傳播并不是一帆風(fēng)順的。由于新文化運(yùn)動(dòng)所帶來(lái)的思想解放，五四時(shí)期是一個(gè)主義叢生的年代，如無(wú)政府主義、新村主義、基爾特社會(huì)主義等社會(huì)學(xué)說(shuō)在社會(huì)上流行。面對(duì)這些主義、思想，中國(guó)早期共產(chǎn)主義者排除各種干擾，通過(guò)學(xué)習(xí)、分析、比較和研究，逐步選擇了馬克思主義，以李大釗、陳獨(dú)秀為代表的知識(shí)分子，完成了由激進(jìn)民主主義者向社會(huì)主義者的轉(zhuǎn)變，成為宣傳馬克思主義的中堅(jiān)。他們積極迎接其他思想流派的挑戰(zhàn)，在“問(wèn)題與主義”的論戰(zhàn)中，既堅(jiān)定了自己的共產(chǎn)主義信仰，又?jǐn)U大了對(duì)馬克思主義的宣傳，使馬克思主義在中國(guó)的傳播進(jìn)入一個(gè)新的階段，即由理論本身的探索進(jìn)入到把理論如何應(yīng)用于中國(guó)社會(huì)實(shí)際的階段。

補(bǔ)償前低壓側(cè)功率因數(shù)為滯后0.99，補(bǔ)償后變?yōu)槌?.99（過(guò)補(bǔ)償）。正是由于低壓側(cè)的過(guò)補(bǔ)償，抵消了部分變壓器的無(wú)功消耗，所以，從變壓器高壓側(cè)供電計(jì)量點(diǎn)來(lái)看，系統(tǒng)的功率因數(shù)已達(dá)到0.9標(biāo)準(zhǔn)以上要求。補(bǔ)償后的功率平衡計(jì)算：

由此得，低壓側(cè)功率因數(shù)為 cosφ2= 0.99。

1）變壓器的電阻

所以，負(fù)荷功率消耗為

此外，還需說(shuō)明的是，中國(guó)政府在力圖通過(guò)改革經(jīng)濟(jì)體制拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從而減除貧困的同時(shí)，還進(jìn)行了區(qū)域性扶貧的初步探索，于1982年在甘肅的定西、河西和寧夏的西海固地區(qū)啟動(dòng)了以農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)方式扶貧的“‘三西’地區(qū)農(nóng)業(yè)建設(shè)項(xiàng)目”，拉開(kāi)了通過(guò)資源開(kāi)發(fā)的方式開(kāi)展扶貧的先河。

由此，可以看出低壓側(cè)無(wú)手動(dòng)投入補(bǔ)償電容前，低壓側(cè)功率因數(shù)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值0.9 以上，表面來(lái)看功率因數(shù)已達(dá)到要求，無(wú)需無(wú)功補(bǔ)償。但是，由于變壓器處于輕載狀態(tài)，即使低壓側(cè)功率因數(shù)較高，而從高壓供電計(jì)量點(diǎn)來(lái)看，因變壓器的無(wú)功消耗占系統(tǒng)總功率較大，所以從高壓側(cè)來(lái)看，系統(tǒng)的功率因數(shù)同樣不能達(dá)到0.9 標(biāo)準(zhǔn)以上要求。

4 系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償容量的計(jì)算

若提高系統(tǒng)功率因數(shù)至 cos/φ= 0.95，tg/φ= 0.33，則系統(tǒng)輸出功率為