焦化廠動力車間1#變電站主變損耗計算

楊祝山

摘 要：山鋼股份萊蕪分公司焦化廠動力車間1#變電站2臺變壓器目前采用分列運行方式，針對變壓器負載率在70%左右時運行最為節能的說法，作者通過大量的計算，計算出變壓器兩種運行方式的損耗情況，通過計算對比得出1#變電站2臺變壓器分列運行是較為節能，故1#變電站主變還需維持目前分列運行的方式。

關鍵詞：變壓器；損耗；計算；分列運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.12.169

我廠1#變電站共有主變兩臺，型號為SFZ11-25000/35，運行方式為分列運行，低壓側總負載電流約為1800A。通過兩種計算方式，比較此兩臺變壓器兩種運行方式（分列運行、單臺運行）的損耗情況，確定出較為經濟的運行方式。

1 簡單算法

變壓器損耗主要包含兩方面：

空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數的次方成正比。渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。

負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比；

負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內產生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產生雜散損耗。

變壓器損耗=空載損耗+負載損耗

空載損耗供料=16.4kW（變壓器名牌）

負載損耗=I2R=94.15kW（變壓器名牌，此為滿負荷損耗）

由負載損耗可以推算出R=94.15/ I2=1.8*10-5（I=2291A）

主變分列運行時，電流按照900A計算，則單臺變壓器損耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+900*900*1.8*10-5=30.98 kW，兩臺變壓器共計損耗=2*30.98 kW=61.96 kW

單臺主變運行時，電流按照1800A計算，則主變損耗=16.4kW+ I2R=16.4 kW+1800*1800*1.8*10-5=74.72 kW

由此可以看出主變分列運行時的損耗要小于單臺主變運行時的損耗，故維持目前主變分列運行方式較為節能。

2 正式計算

變壓器損耗計算公式 ：

（1）有功損耗：ΔP=P0+KT*PK* β平方

（2）無功損耗：ΔQ=Q0+KT*QK* β平方

（3）綜合功率損耗：ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ

式中：

P0——-空載損耗（kW） =16.4

PK——-額定負載損耗（kW）= 94.15

Q0——-空載無功損耗（kvar） Q0≈I0%Se =0.0016*25000=40

QK——-額定負載漏磁功率（kvar）

QK≈UK%Se

I0%——變壓器空載電流百分比。

UK%——短路電壓百分比（變壓器的短路阻抗百分比，在數值上與變壓器短路電壓百分比相等 ）=0.0791=0.08

KT——-負載波動損耗系數 （≈1.05）

KQ——-無功經濟當量（kW/kvar）

一級變壓KQ取0.02～0.04，二級變壓KQ取0.05～0.07，三級變壓KQ取0.08～0.10 （1#變電站主變按照一級變壓器取KQ=0.03）

β ——-平均負載系數 （β=S/Se）

S--運行時負荷容量（kVA）=8571 kVA（1#主變運行容量，1月13日10時數據）

Se--變壓器容量（kVA）=25000 kVA（名牌數據）

主變分列運行時，單臺變壓器損耗：

ΔP=P0+KT*PK*β2=16.4+1.05*94.15*（8571/25000）2=16.4+99*0.1156

=16.4+11.4=27.8

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（8571/25000）2=40+242.76=282.76

變壓器綜合功率損耗：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =27.8+0.03*282.76=36.28

主變分列運行時，兩臺變壓器損耗=2*ΔPZ=72.56

按照如上計算，主變單臺運行時損耗為：

ΔP=P0+KT*PK* β2=16.4+1.05*94.15*（2*8571/25000）2=16.4+99

*0.47=16.4+46.53=62.93

ΔQ=Q0+KT*QK* β2=Q0+1.05*UK%Seβ2=40+1.05*0.08*25000*（2*8571/25000）2=40+987=1027

主變單臺運行時損耗為：

ΔPZ=ΔP+KQ* ΔQ =62.93+0.03*1027=93.74

可以看出，主變單臺運行功率損耗要大于主變分列運行時的損耗，故1#變電站主變宜維持目前分列運行方式。

3 結論

空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關的常數，它不隨變壓器負載的變化而變化。而負載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據P=I2R故Pf與負載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個固定參數，它們由變壓器銘牌或變壓器技術參數說明書提供，故變壓器損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。

1#變電站兩臺主變分列運行時，雖然增加了一臺變壓器的空載損耗（16.4），但分列運行可使負載損耗大大降低（2*I2R （主變分列運行）=29.16，I2R（主變單臺運行）=58.32），綜合考慮，主變分列運行較為節能。

（1）小結：假設變壓器分列運行帶全部負荷時，兩臺變壓器運行電流分別為I，則變壓器單臺運行帶全部負荷時運行電流為2I。

變壓器分列運行帶全部負荷時，變壓器損耗=2*Pt+2*Pf=2* Pt +2* I2R（空載損耗Pt變壓器固有參數）

變壓器單臺運行帶全部負荷時，變壓器損耗=Pt+Pf=Pt + （2I）2R= Pt +4I2R

由上可推出：變壓器分列運行時，若運行電流I2= Pt/2R（R為變壓器固有參數，可以計算出）時，運行方式對變壓器是否經濟運行無影響；若運行電流I2〈 Pt/2R時，則單臺變壓器運行較為節能，反之，則分列運行較為節能。

（2）結論：1）變壓器負荷率在70%左右，變壓器運行最為經濟的說法，應該是設計初期考慮的問題，變壓器投產后，運行方式對變壓器是否經濟運行的影響，應該通過計算得出，而不僅僅考慮負荷率的因素。2）通過兩種算法都可以看出：1#變電站主變分列運行時的損耗要小于單臺主變運行時的損耗，再考慮安全穩定運行因素，1#變電站兩臺主變宜維持目前分列運行方式。