變壓器經濟運行原理與分析

陳小瑞

（山西西山熱電有限責任公司，山西太原 030022）

0 前言

現階段，為了能夠進一步改善變壓器設備運行情況，從而確保變壓器的損耗可以得以降低，很多學者對于變壓器經濟運行開展了研究。在電力行業不斷發展的過程中，變電所的變壓器數量也有所增加，而且變壓器的容量同樣也隨之加大，也導致了變電所之中不同變壓器的容量不一致，而且相關技術參數同樣有一定差異[1]。所以，在變壓器具體運行時便會面臨選擇哪一臺變壓器作為備用變壓器。這對這一情況，怎樣確保變壓器運行的經濟性，確保變壓器運行時的損耗值最小，這是確保變壓器裝置得以經濟運行的重要保障。現階段，變壓器經濟運行工作中依舊存在不少的問題，其中最為突出的問題為：

（1）工作人員對于變壓器的利用率認識有誤區，很多工作人員都認為只要是確保變壓器擁有較高利用率，則便能保證變壓器的損耗降低，便能夠使得變壓器運行中更加經濟，基本上都是以利用率對變壓器的經濟運行狀況進行判斷。

（2）未能采用科學計算的方法開展變壓器管理工作，比如，若是其中一臺變壓器可以承擔所有負載，則通常情況下便將另外一臺變壓器停運。要是其中一臺較小容量的變壓器能夠滿足負載要求，則便不會使用相對大容量的變壓器[2]。

因此，應當進一步對變壓器經濟運行的原理加以分析，通過科學的計算去取代傳統的經驗調節方法，以確保變壓器能夠更經濟的運行。

1 變壓器經濟運行原理

1.1 變壓器運行原理

變壓器裝置的工作原理：變壓器的原繞組在有交流電通過情況下，在鐵芯之中形成相應的交變磁通，依照電磁感應相關原理，原繞組以及副繞組均會出現感應電動勢，此時在副繞組之中所出現的感應電動勢其功能和負載電源功能一樣。如此，利用變壓器裝置就能夠把電能由原繞組而傳遞至負載電路之中。電能傳遞的具體流程是：交流電流i1通過原繞組時，會激發繞組中的鐵芯形成相應的交變磁通[3]。因為原繞組和副繞組均套于相同鐵芯部件之上，那么在鐵芯之中所形成的交變磁通會交聯原繞組和副繞組，會在原繞組和副繞組之中形成具有同一頻率值的感應電動勢e1與e2，此時，副繞組之中形成的感應電動勢e2充當了負載電路中的電源，并且會在回路之中產生對應的電流i2，為負載運行提供電能。若是原繞組或者副繞組變化，則副繞組產生的電壓也將以一定比例發生變化，變壓器能夠改變電流或是電壓大小，但是卻無法改變頻率大小[4]。

1.2 變壓器經濟運行問題提出

變壓器經濟運行是指采用一定方法選用最佳的運行模式，有效調節不同電壓器運行負載，確保輸電量保持不變，讓變壓器的能耗可以將至最小。在輸配電系統之中，涉及各種型號以及各種容量的變壓器裝置，及時在同一個變電所之中，變壓器一般也有多臺，而且還會有備用變壓器，而對于相同的負載而言，變壓器有了不同運行模式，在這些運行模式之中，其所對應的能耗也有所差異，也必定存在某種運行模式下變壓器能耗最低[5]。這種情況下則會出現變壓器經濟運行的問題，也就是要求在變壓器運行的過程中，要選用最佳的運行方式。

2 變壓器經濟運行原理分析

變壓器運行方式將直接影響到變壓器運行的經濟性，變壓器最優的運行方式是確保變壓器損耗盡可能低。在變壓器經濟運行方式確定過程中，又可以采用動態經濟運行分析方法以及靜態經濟運行分析方法[6]。靜態經濟運行分析是在變壓器具體運行過程中，依照設定的負載情況，而選擇損耗最小運行方式，若是負載發生波動，此時變壓器的運行方式依舊維持不變。動態經濟運行分析是依照變壓器負載不斷波動情況，而及時調節運行方式，確保損耗得以最大限度的降低。關于變壓器經濟運行的原理非常多，以臨界點劃分方法為例進行分析。

2.1 臨界點劃分方法原理

在變壓器經濟運行分析之中，臨界點劃分方法屬于較為基礎的分析方法，同時也是變壓器經濟運行區間進行劃分時常用的分析方法，其原理是對各個變壓器損耗曲線交點進行求解，從而得到負載臨界點，再依照不同的臨界點而劃分各個經濟運行區，不同經濟運行區之中所設定的運行方式也有所差異，從而保證變壓器的損耗能夠將至最低[7]。

例如，兩臺參數不一致的A變壓器以及B變壓器，分別計算得到SA-B、SA-AB、SB-AB，其分別代表不同變壓器運行狀態下功率損失曲線的交點，如圖1所示。

圖1 變壓器參數不一致時臨界點劃分

基于此將變壓器經濟運行模式劃分為3種不同類型：

（1）若是S＜SA-B的情況下，則投入運行A變壓器是最為經濟的運行方式；

（2）若是SA-B＜S＜SB-AB的情況下，則投入運行B變壓器是最為經濟的運行方式；

（3）若是S＞SB-AB的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運行是最為經濟的運行方式。

從圖1所示對應的經濟運行區間能夠得出，臨界點劃分方法的分析思路非常清晰，而且也便于工作人員理解，僅需要計算得到臨界負載值，即可以輕松找到相應的經濟運行區間。此種方法不僅能夠應用在靜態分析過程中，同時還能夠應用到動態分析過程中。

2.2 基于臨界點劃分方法的靜態分析

某變電所擁有兩臺參數不一致的變壓器，變壓器所對應的具體參數如表1所示。

則能夠得出其所對應的功率損耗曲線，如圖2所示。

表1 某變電所中兩臺變壓器對應參數

這種情況下，針對負載的不同能夠準確確定變壓器對應經濟運行方式：

圖2 變壓器臨界點

（1）若是S＜11.7MVA的情況下，則投入運行A變壓器是最為經濟的運行方式；

（2）若是11.7MVA＜S＜28.6MVA的情況下，則投入運行B變壓器是最為經濟的運行方式；

（3）若是S＞28.6MVA的情況下，則A變壓器和B變壓器并列運行是最為經濟的運行方式。

現在假定在一天中負載的變化情況一共有以下3種：負載值分別是8.5 MVA、15.6 MVA、35 MVA，則依照相應的經濟運行模式，便可以計算得到相應的損耗值，具體結果如表2所示。

表2 負載變化是變壓器經濟運行模式和對應損耗

依據靜態分析方法，在變壓器的運行階段其運行方式不會出現改變，僅僅采用同一種方式運行，所以其損耗值在設定的經濟運行模式之下不會發生改變，也就是說變壓器無法確保任何時間段內均處于最優運行狀態之下，有時還會發生超負荷運行或者是低負荷運行的問題。針對該變電站的變壓器運行包含有3種不同模式，而有A變壓器在處于第三段負荷情況下將會處于超負荷運行狀態，所以只能夠采用后兩種運行模式。計算得出這兩種模式下所對應的能耗值，結果如表3所示。

表3 變壓器各個運行模式下對應能耗值

最優運行模式即是變壓器在不同時間之中采取與之相對應的經濟運行模式運行，這種情況下的能耗值僅僅為1149kWh。所以能夠得出，通過靜態方式對變壓器進行控制，僅僅可以保證變壓器在經濟運行區間內達到最優化運行目標，當處于經濟運行區間之外，則將導致損耗有所增加，無法達到經濟運行的目標。所以，對于一些負載存在較大波動的變壓器來說，采用靜態經濟運行模式依舊無法真正的解決經濟運行問題。

2.3 基于臨界點劃分方法的動態分析

在變壓器的具體運行過程中，負載情況一般都是不斷發生改變的。要想確保變壓器能夠達到經濟運行目標，應當實時對負載值進行監控，同時將其和臨界值加以比較，依照實際負載具體大小，實時調整變壓器運行情況，及時進行投切操作，從而確保變壓器一直處在最佳的運行狀態。此時則需要應用到動態經濟運行分析[8]。

例如，對于上述所提到的A變壓器與B變壓器而言，若是該變電所之中全天的負載波動劃分成為5個不同的時間區段，變壓器相應的運行方式如表4所示。

在不同的時間區段之中，變壓器的負載情況也不一樣，則此時變壓器具體運行模式也要改變，這樣才能確保變壓器一直處于經濟運行狀態，具體的切投操作為：

（1）T1～T2時間區段變壓器切投為B變壓器停運而A變壓器運行；

（2）T2～T3區段變壓器切投為B變壓器投入運行；

（3）T3～T4區段變壓器切投為B變壓器停運；

（4）T4～T5時間區段變壓器切投為A變壓器停運而B變壓器投入運行。

表4 各個負載區段變壓器經濟運行模式

4 結語

通過上述分析可知，只要變電所的負載值在變壓器容量范圍之中，不管是負載如何改變，僅僅對負載具體數值和臨界負載值加以比較，即能夠決定具體的經濟運行模式，從而進行適當的切投操作，確保變壓器組能夠一直處在經濟運行區，這樣會保證變壓器運行過程中的能耗顯著降低，而且能夠對靜態經濟運行模式下損耗較大這一缺點加以糾正，具有較強的實用性。