配電變壓器容量選擇的經濟評價

王健

摘要：選擇配電變壓器的基本原則是變壓器的節能性與經濟性，節能性則符合當前的環境因素，節能減耗，能夠較大程度的降低對資源能源的消耗；經濟性就是符合電力企業的經營目標，減少成本費用，提高企業的經濟效益，是整個企業得以生存的基礎。為此，在本文中，筆者將根據自己的實際經驗，對配電變壓器的容量選擇的經濟評價分析研究，希望對配電變壓器選擇工作有所幫助。

關鍵詞：配電變壓器；容量選擇；經濟評價

0 引言

隨著經濟的快速發展，電力的需求量越來越大，電網為適應社會的需求，更換了大量的高能耗變壓器，而在配電變壓器的容量選擇中，通常都會根據電網規劃的負荷選擇標稱容量略大于計算負荷的配電變壓器，這樣選擇的配電變壓器雖然在技術上符合負荷的要求，但其經濟性卻得不到體現，考慮配電變壓器容量選擇的經濟效益，對其進行經濟評價是當今電力企業的重點考慮問題。

1 問題提出

配電變壓器是聯系用戶和輸變電系統的網絡樞紐，數量眾多、容量龐大。由于認識的局限性，存在一些片面觀點。

（1）為降低設備初期投資，選用小容量的變壓器，使其盡可能接近負荷水平。

（2）變壓器負載率β保持在0.75左右是最佳運行狀態，此時運行費用最低。

（3）本應兩臺或以上變壓器并列運行，卻只投運一臺，以降低運行費用。

（4）為減少變壓器有功損耗，盲目追求最佳負載率，選用大容量變壓器。

根據我們對內蒙古地區10kV，35kV配電變壓器供用電情況的調查統計，上述問題普遍存在城、農網改造中。因此，深入分析變壓器負載率、性能標準及經濟運行方式具有重要的現實指導意義。

2 變壓器的效率，經濟損耗率分析

2.1 變壓器的損耗分為鐵耗和可變銅耗兩部分。

設計計算式：

△P=△P0+△PKβ2（1）

式中：△P———變壓器有功損耗

△P0———變壓器空載損耗

△Pk———變壓器短路損耗

β———變壓器負荷率

β=S/Se

S———變壓器總的計算視在負荷

Se———變壓器額定容量

變壓器效率：

η=P/（P+△P）

=Se（S/Se）cosφ/〔Se（S/Se）cosφ+△P 0+△PKβ2〕

=Seβcosφ/〔Seβcosφ+△P0+△PKβ2〕（2）

式中：P———變壓器計算有功負荷

cosφ———變壓器計算功率因數對式（2）求極大值，令dη/dβ=0，有：

△PKβ2=△P0（3）

式（3）表明，當變壓器的鐵耗等于銅耗時，變壓器的效率最高。此時變壓器的經濟負荷率：β1=（△P0/△PK）1/2，由于實際設計的變壓器為節省有色金屬（銅或鋁），變壓器往往設計成在額定負荷時銅耗大于鐵耗，故由圖（1）可見：實際的變壓器都是在β<1時才有最高的效率。變壓器滿負荷（β=1）時效率下降，是因為銅耗所占損耗比例較大。

2.2 變壓器的損耗率

△P%=（△P/P）×100%=（△P0+△PKβ2）/（Seβcosφ）×100%（4）

對式（4）求導，△P Kβ2=△P 0時△P%有唯一極小值（即經濟損耗率），見圖。β越小，△P%上升速度越快，鐵耗所占比例就越大。在β1的右側區域，損耗率隨著負荷的增加而逐漸增加，此時的損耗以銅耗為主。β越大，△P%上升速度越快，銅耗所占比例越大。在β1兩側一定的經濟運行區域內（PA～PB），損耗率增減速度相對平緩。

3 變壓器經濟運行區域分析

上述討論得知，變壓器的損耗隨著負荷率的變化而變化，負荷率則影響變壓器的可變銅耗，銅耗所占損耗的比例決定變壓器的損耗率。設變壓器負荷率為βx時，銅耗所占損耗的比例為βx，則有：

x=△P Kβ2 x/（△P 0+△P Kβ2 x）

整理可得：

βx=（△P 0/△P K）1/2〔x/（1-x）〕1/2=β1〔x/（1-x）〕1/2

故有負荷率為βx時變壓器的損耗率：

△P x%={△P0/〔Seβ1 cosφ〔x/（1-x）〕1/2〕+△PKβ1 〔x/（1-x）〕1/2/（Se×cosφ）}×100%（5）

由于為負荷率β1時，鐵耗與銅耗相等，設此時經濟損耗率為△P 1%，則：

△P 0（Seβ1 cosφ）×100%=△P K/（Seβ1 cosφ）×100%=1/2△P 1%

帶入△P x%=1/2△P 1%{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}，

設y=△P x%/△P 1%，則：

y=1/2{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}（6）

對式（6），當x=0.5時，有極小值y=1；當x=0，y趨于無窮大；當x=1時，y也趨于無窮大。這是一條頂點的座標為（0.5，1），以x=0.5相對稱的拋物線。變壓器銅耗占損耗的比例為x時，損耗率與其經濟損耗率的關系曲線見圖2。

由圖2，在變壓器銅耗占損耗的比例為x=0.3～0.7之間的區域內，變壓器損耗不超過其經濟耗率的1.1倍。此時變壓器負荷率β為：β0.3=0.65β1，β0.7=1.53β1，這時變壓器經濟運行區域為0.65β1至1.53β1之間，變壓器負荷變化范圍為0.88β1。當變壓器銅耗占損耗的比例為x=0.2～0.8之間時，變壓器損耗不超過其經濟損耗率的1.25倍。這時變壓器經濟運行區域為0.5β1至2β1之間，變壓器負荷變化范圍為1.5β1。在變壓器銅耗占損耗的比例為x<0.2或x>0.8時，變壓器損耗率對其經濟損耗率的倍數將急劇加大，變壓器不處于經濟運行狀態。

根據以上分析，由于企業的負荷是經常變化的，不可能都穩定在經濟負荷率β1這一點工作，故變壓器經濟運行區域具有重要的現實意義。

4 工程設計配電變壓器容量選擇

對于設計時按照所計算的總視在功率計算值來進行變壓器容量的經濟運行選擇，則要考慮多方面的因素。

綜合以上考慮的因素，在內蒙古地區的配電變壓器容量的設計確定時，一般可取變壓器的損耗率為其經濟損耗率的1.1～1.25倍之間，相應的x值在0.7～0.8之間，變壓器負荷率取值范圍在1.53β1～2β1之間，具體取值應按設計時的實際情況和以后負荷變動情況靈活掌握，使所選變壓器發揮最大的經濟效益。內蒙古地區的中小容量配電變壓器β值一般為45%左右，故其設計的負荷率β取值范圍在69%～90%之間。

5 結語

經濟效益是一個電力企業生存發展的重要基礎，在配電設計的過程中，設計人員需要根據用電負荷的實際情況，合理地分配用電負荷，科學選擇配電變壓器的容量以及數量，實現配電變壓器的經濟運行，同時，需要在經濟性的基礎上考慮其安全性與節能性，兩者出現矛盾時，優先選擇安全性，從而促進電力企業的長遠發展，保障配電變壓器的使用安全。

參考文獻：

[1]田以霖.農村配電變壓器容量的選擇與經濟效益分析[J].技術經濟，2011

[2]趙國棟，張彩艷.配電變壓器經濟運行、負載率與容量選擇[J].中國電力教育，2010

[3]劉建林，王輝.配電變壓器容量選擇的經濟評價[J].電力應用，2007