變壓器經濟運行分析和探討

趙建一（河南農業大學，河南 鄭州 450002）

變壓器經濟運行分析和探討

趙建一
（河南農業大學，河南 鄭州 450002）

摘 要：本文通過理論推導方式，對單臺變壓器和兩臺相同容量變壓器的經濟運行進行了分析，并結合實例對某110kV變電站內的變壓器經濟運行進行了詳細的計算和分析，最后從系統構成和實現方式兩個方面，探討了變壓器經濟運行控制系統。

關鍵詞：智能電網；節能降耗；變壓器經濟運行

近年來，我國提出建設堅強智能電網的戰略規劃，特高壓電網發展迅猛。電網輸電等級不斷提升、網架架構日益復雜、電力設備向著自動化與智能化方向發展。變壓器作為電網運行的重要元件，對電網安全穩定運行有重要作用，有必要做好變壓器的經濟運行控制，以推動電網發展。

一、變壓器經濟運行概述

變壓器經濟運行是結合經濟運行優化理論、定量計算方法、變壓器實際運行工況的一項理論與實踐相結合的綜合技術，其目的在于挖掘變壓器節電潛力、優化變壓器運行方式、降低變壓器損耗。變壓器經濟運行的實質在于節電降耗，優選變壓器的運行方式、負載特性、負荷曲線，實現變變壓器的最低電能損耗和最高電源側功率因數。

二、變壓器經濟運行技術

變壓器在運行過程中，會產生有功功率損耗、無功功率損耗兩部分，各部分計算公式如下：

有功功率損耗：

其中，P0為變壓器的空載損耗，Pk為變壓器的短路損耗，β為負載系數，

無功功率損耗：

其中，Q0為變壓器空載電源側勵磁功率，Qk為變壓器額定負載下負載側勵磁功率。

由此可得變壓器綜合功率損耗：

其中，P0z為變壓器空載時的綜合功率損耗，其值為P0z=P0+KQQ0，KQ為無功經濟當量；Pkz為變壓器額定負載下的綜合功率損耗，其值為Pkz=Pk+KQQk，KQ為無功經濟當量。

2.1 單臺變壓器的經濟運行分析

對負荷為S的單臺變壓器而言，總存在一個經濟負載系數，使得變壓器的綜合功率損耗最低。由式（1）和式（2）推出變壓器的綜合負載損耗率為：即可求得單臺變壓器的最優綜合負載系數。

2.2 兩臺同容量變壓器的經濟運行分析

對容量相同的兩臺變壓器，當兩臺變壓器的損耗相等時，可以計算出變壓器經濟運行臨界負荷。設有A和B兩臺同容量變壓器，其空載損耗和負載損耗分別為：P0A、PkA、P0B、PkB，則：

使得△PZA=△PZB，可得變壓器的臨界負載功率為：（7）

如圖1所示。變壓器的臨界負載功率可以作為判斷兩臺容量相同變壓器經濟運行特性優劣的判據，并分為以下三種情況：

（1）當0＜SLZ＜SN時：

如果S＜SLZ，則兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經濟運行特性較好。如果S＞SLZ，則兩臺變壓器中P0Z大的變壓器經濟運行特性較好。

（2）當SLZ為0或∞時：兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經濟運行特性較好，若兩臺變壓器的P0Z相等，則PKZ小的變壓器經濟運行特性較好。以某110kV變電站內兩臺變壓器為例，該變電站高壓側采用外橋接線，低壓側使用單母分段，每段母線上各有一臺主變，主變詳細參數見表1。

根據表1，在該110kV變電站負載為12000kW，功率因數cosφ=1，則變壓器A的有功功率損耗為：

變壓器B的有功功率損耗為：

兩臺變壓器經濟運行的臨界負載為：

根據計算結果，選兩臺變壓器中P0Z小的變壓器經濟運行特性較好，因此正常選擇A運行B備用。

三、變壓器經濟運行控制系統探討

1 變壓器經濟運行控制系統組成

變壓器經濟運行控制系統一般包括：工業控制級計算機、數字量和模擬量采集通道、數模轉換元件、開關量輸入輸出卡、計數器卡、電量變送器等部分。通過數字量和模擬量采集通道實時采集電網內部的相關信號，再通過電量變送器將采集到的模擬量上送到數模轉換元件，通過單片機系統的數據采集控制，最終以數字量的形式送入計算機。

表1 某變電站兩臺主變的技術參數

2 變壓器經濟運行控制的實現

計算機運算是整個變壓器經濟運行控制系統的核心部分，采集到的數據上送計算機后，經過預先設定的算法來進行分析，最終確定變壓器的投切策略，使得變壓器運行于最優經濟方式，并輸出開關量信號作用于變壓器，通過跳開變壓器各側開關和相關的聯絡開關，實現各側的投退和母聯開關的投退。此外，還可以實現變壓器的動態管理，包括變壓器運行方式、運行參數、日負荷曲線等的圖形化顯示，以及動態負荷參數的實時數據管理等，有利于實現變壓器的精細化管理，方便運行記錄的查閱和調取。

結語

變壓器經濟運行分析是電力系統節能降耗的重要途徑，在通過控制系統實現變壓器經濟運行的同時，還應該逐步推進高能耗變壓器的優化與改造、提升變壓器的運行效率，多方面入手，通過綜合措施實現變壓器的經濟運行，推動我國電網向著節能降耗的新型電網轉變。

參考文獻

[1]胡景升.變壓器經濟運行[M].北京：中國電力出版社，2011：59-63.

中圖分類號：TM41

文獻標識碼：A