有載調容變壓器的能效評估

王倩張建賓 牛雨 楊新勇

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南 鄭州 450000；2.河南恩湃高科集團有限公司，河南 鄭州 450000）

有載調容變壓器的能效評估

王倩1張建賓1牛雨2楊新勇2

（1.國網河南省電力公司電力科學研究院，河南 鄭州 450000；2.河南恩湃高科集團有限公司，河南 鄭州 450000）

線損率是電力部門考核的重要指標，線損率的高低直接反映了電力部門的整體管理水平和設備能效情況。目前，電網中線路損耗和變壓器損耗是主要的設備損耗，減少線路和變壓器的設備損耗可有效降低電網整體線損率。有載調容變壓器是目前較為流行的新型配電變壓器。本文從基本原理和運行方式對有載調容變壓器進行基本的節能分析，從年運行費用和綜合經濟指標分析有載調容變壓器和普通變壓器的能效。

有載調容變壓器；中低壓配網；線損率；能效評估

電能在輸送過程中會在線路和變壓器中產生損耗，其中，變壓器損耗約占電網損耗的10%，尤其在配網中，變壓器損耗可能會更高，且變壓器損耗隨著變壓器容量的增加而增大［1］。商業負荷、單班制的工業負荷和居民負荷有很強的規律性，在用電高峰時，可能會造成變壓器過載，在用電低谷時，變壓器的負載率較低，變壓器自身損耗較大，造成電能浪費［2-4］。針對峰谷差較大的負荷或季節性負荷，采用有載調容變壓器可以起到節能降損的作用。與無載調容變壓器相比，有載調容變壓器保證了供電可靠性和連續性，其可根據負荷的變化及時調整變壓器整容量［5-6］。

1 有載調容變壓器調容原理

有載調容變壓器主要通過調節繞組匝數實現容量調節，調節繞組匝數的方式主要包括串并聯換接和D/Y換接。在大容量時，變壓器高壓側繞組采用三角形接線形式（D），低壓側繞組采用2和3并聯然后與1串聯的接線方式；在小容量時，變壓器高壓側繞組采用星形接線方式（Y），低壓側繞組采用1、2和3三段串聯接線方式［7］。調容變繞組接線如圖1所示。

圖1 調容變繞組接線圖

2 有載調容變壓器節能原理

電網頻率固定不變，大容量運行狀態轉為小容量運行狀態時，低壓側繞組線圈接線形式發生變化，繞組線圈匝數變為大容量狀態下的倍，則：

式（1）中，Et為每匝電勢；U2為低壓側電壓；N2為低壓繞組匝數。

式（2）中，Am為鐵芯有效截面積（固定不變）；Bm為鐵芯磁通密度。

根據式（1）和（2）可知，小容量狀態下鐵芯磁通密度Bm降低為大容量狀態下的倍。空載運行時，鐵芯渦流損耗和磁滯損耗都與鐵芯磁通密度的平方呈正比，當變壓器處于小容量運行狀態下時，鐵芯渦流損耗和磁滯損耗降低，空載損耗和空載電流降低，達到節能效果。

3 節能運行方式的選擇

以變壓器損耗最小為最優目標，選擇有載調容變壓器的運行方式時，需要綜合考慮供電可靠性和變壓器的經濟運行效率。在已知變壓器負載（S）的情況下，通過分析高、低容量狀態下變壓器的損耗ΔPH和ΔPL來確定變壓器經濟運行方式［8］。

其中，P0H和P0L分別為變壓器高、低容量狀態下的空載損耗；PKH和PKL分別為變壓器高、低容量狀態下的短路損耗；βH和βL分別為變壓器高、低容量狀態下負載系數，SNH和SNL分別為變壓器高、低狀態下的額定容量。

當ΔPH=ΔPL時，計算出來的變壓器負載S即為變壓器高、低容量轉換的臨界變壓器負載容量SC。

從圖2可以看出，當負荷容量S＞SC時，變壓器工作在高容量狀態；當負荷容量S＜SC時，變壓器工作在低容量狀態；當負荷容量S=SC時，計算得的電流IC即為有載調容負載切換電流。

圖2 經濟運行位置的確定原理

在實際運行情況下，考慮供電可靠性和變壓器的經濟負載系數，有載調容變壓器的切換電流設定為低容量額定電流的80%。表1是部分型號變壓器的臨界負載容量和切換電流。

表1 型號變壓器的臨界負載容量和切換電流

4 綜合經濟分析

現在以S11-315kVA配電變壓器和SZ11-T-315kVA配電變壓器為例進行經濟對比。為了方便進行經濟對比，將年運行費用，綜合經濟指標［9］納入經濟對比指標。

4.1 年運行費用

年運行費用采用（6）和（7）公式計算。S11配電變壓器年運行費為：

式（6）中，P0表示固定損耗（鐵耗），I0表示空載電流，SN表示配變額定容量，T 表示等效滿載時間，Pk表示可變損耗（銅耗），Uk表示短路電壓，k表示電價。SZ11-T配電變壓器年運行費用公式：

式（7）中，T1表示配變在高容量下的運行時間，PH0表示高容量的固定損耗（鐵耗），PL0表示低容量的固定損耗（鐵耗），I0表示空載電流，SN表示配變額定容量，T表示等效滿載時間，Pk表示可變損耗（銅耗），Uk表示短路電壓，k表示電價

以某地區年最大負荷曲線（見圖3）為例，SZ11-T變壓器在配變高容量全年運行時間大約為1 700 h，配變低容量全年運行時間為6 900 h，等效滿載時間為2 000 h。按照以上全年運行時間，SZ11-T有載調容配電變壓器比S11普通油浸式配電變壓器節約耗電量4 302kW·h，折合2 400元左右。變壓器的平均運行年限為20年，折算下來，SZ11-T型配電變壓器的投資靜態回收年限比S11型配電變壓器投資靜態回收年限多了5.6年。

圖3 年最大負荷曲線

4.2 綜合經濟指標

綜合經濟指標采用總擁有費用（TOC）計算方法來表述所購變壓器全面的綜合費用。TOC法包括初始投資（采購和安裝費用）和壽命期（以下以20年為壽命期）運行費用兩部分，公式如（8）所示：

式（8）中，Ci表示初始投資費用，Cj表示運行費用，Cj的公式如（9）所示：

式（9）中，k1表示壽命期每W鐵耗所需費用，一般取值48.7，k2表示壽命期每W銅耗所需費用，一般取值20.5，P0、Pk分別表示變壓器的鐵耗和銅耗。

雖然SZ11-T型配電變壓器的初始投資高于S11型配電變壓器10%左右，但由于SZ11-T型配電變壓器的鐵耗低于S11型配電變壓器，因而，SZ11-T型配電變壓器總擁有費用（15.47萬元）低于S11型配電變壓器總擁有費用（20.43萬元），SZ11-T型配電變壓器的總有用費用相比于S11型配電變壓器的總擁有費用降低了24.30%。

5 結語

有載調容變壓器是一種新型的配電變壓器，應用改變變壓器繞組的方式改變變壓器容量，減小變壓器鐵耗。有載調容變壓器的年運行費用、投資靜態回收年、綜合經濟指標優于傳統的同能效等級變壓器。尤其是在用電負荷峰谷差較大地區，有載調容變壓器的經濟性指標更優。這種變壓器若能在配網中廣泛應用，能有效降低配電變壓器的損耗，降低電網整體線損率，更加有益于電網的精益化管理。

［1］ 余衛國，熊幼京，周新風，等.電力網技術線損分析及降損對策［J］.電網技術，2006（18）：54-57.

［2］ 張愷凱，楊秀媛，卜從容，等.基于負荷實測的配電網理論線損分析及降損對策［J］.中國電機工程學報，2013（z1）：92-97.

［3］ 張宗偉，張鴻.基于負荷實測的配電網線損理論計算［J］.電力系統保護與控制，2010（14）：115-118

［4］ 景希云.配電變壓器的降損措施［J］.民營科技，2011（10）：12.

［5］ 黃振朋.有載調容變壓器在農村配電臺區的應用［J］.電子制作，2013（14）：195.

［6］ 劉偉，季楊，周云利，等.有載調容變壓器的仿真及應用［J］.大慶石油學院學報，2003（4）：51-53.

［7］ 徐明虎，王哲媛，王英明，等.基于有載自動調容配電變壓器降損節能效益分析［J］.東北電力技術，2014（10）：19-22.

［8］ 單曉紅，鐘月梅，王亞忠，等.配電變壓器經濟運行區間和經濟容量的選擇［J］.廣西電力，2009（2）：38-39.

［9］ 王金麗.有載調容變壓器綜合經濟性分析及應用研究［J］.高壓電器，2009（3）：32-35.

Energy Efficiency Evaluation of On-Load Capacity Regulating Transformer

Wang Qian1Zhang Jianbin1Niu Yu2Yang Xinyong2
（1.State Grid Henan Electric Power Research Insititue，Zhengzhou Henan 450000；2.Henan EPRI Hitech Group Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Line loss rate is an important indicator of the electricity sector assessment,and the level of line loss rate directly affects the overall management of the electricity sector and equipment energy efficiency.At present,the main equipment losses are the line loss and transformer power loss in the power grid,and reducing the equipment losses of line and transformer power can effectively reduce the overall line loss rate.On-load capacity regulating transformer is currently more popular new-type distribution transformer.In this paper,the basic energy saving analysis was carried out on the basis of the basic principle and opera?tion mode,and the energy efficiency of the load regulating transformer and the common transformer was an?alyzed from the annual operation cost and the comprehensive economic index.

on-Load capacity regulating transformer；low voltage distribution network；line loss rate；energy ef?ficiency evaluation

TE933.1

A

1003-5168（2017）11-0078-03

2017-10-09

王倩（1985-），女，碩士，工程師，研究方向：配電網技術、節能降損技術；張建賓（1989-），男，碩士，助理工程師，研究方向：配電網技術、節能降損技術；牛雨（1986-），男，本科，助理工程師，研究方向：配電網技術、節能降損技術。