變壓器經濟運行及節能潛力分析

邱必寶 英燏 宋新勇

摘要：變壓器是企業用電中主要的耗能設備，變壓器經濟運行目的是減少變壓器在運行過程中的有功功率損耗和提高其經濟運行效率。按照變壓器經濟運行理論對公司使用的變壓器進行經濟運行判斷和節能潛力分析，確定合理使用變壓器的方式，為公司節能改造提供可靠的決策依據。

關鍵詞：變壓器;經濟運行;節能

變壓器是工、礦企業主要的電氣設備之一，它不僅作為電能輸送的主要設備，也是消耗電能的設備，其消耗電能主要有鐵芯損耗和負載損耗兩方面。將變壓器控制在最佳經濟運行狀態下可以降低變壓器電能損耗、降低線路網損。因此，本文以安徽銅陵某公司為例，分析公司配電變壓器的使用現狀，實現能源節約、優化負荷分配，從而實現經濟效益最大化。

1?在用變壓器現狀

公司在用變壓器28臺，均為雙繞組油浸式變壓器和干式變壓器，按型號分主要有S9、S10、S11、SCB10、SZ10等系列變壓器，變壓器安裝總容量為54820kVA。

公司廠區有110kV變電所1座，通過2臺SZ10-20000/110的變壓器將110kV電壓降壓為10kV直接對高壓電動機等設備供電，兩臺主變采用并列運行方式，在10kV母線上設置了電容集中補償。低壓設備由二級配電變壓器降壓為400V供電。廠區有余熱電廠，兩臺發電機組通過兩臺800kVA的變壓器并入110kV變電所10kV母線上。

公司的設備主要是干燥泵、循環泵、風機、球磨機等設備，以及為了保證運行而配備的空壓機和皮帶機等輔助設備，由于公司內部車間的生產工序不同，為了降低相互影響，每個車間所使用的設備分別設置變壓器，因此不同變壓器的負載特性就會有差別。表1為部分使用變壓器的技術參數。

2?變壓器經濟運行分析方法

2.1?變壓器功率損耗計算方法

配電變壓器的節電降耗主要通過對變壓器自身的有功損耗定量計算結果進行優化選擇，變壓器有功損耗年損耗費用計算式為：

根據文獻[1]可知，變壓器的有功功率損耗是包含空載損耗和負載損耗兩部分，空載損耗不隨變壓器負載而變化，但負載損耗與變壓器負載的平方成正比。則變壓器的總有功損耗和無功損耗可由下式計算：

由式（1）和（2）可以看出，在空載損耗△Pk和額定負載損耗△Pe值均確定的情況下、在年運行時間及基本電費固定的條件下，變壓器損耗由負載率β?的平方值決定。

2.2?經濟運行狀態判斷標準

變壓器在運行過程中，其自身的有功、無功功率消耗均隨負載的變化而發生非線性變化。在其非線性曲線中，最低點的負載系數即為綜合功率經濟負載系數，其計算式為：

式中：βJZ——變壓器綜合功率經濟負載系數;

KT——負載波動損耗系數

變壓器在綜合功率經濟負載系數下運行時其綜合功率損耗率最低，雙繞組變壓器的最佳經濟運行區與變壓器的綜合功率損耗有關，GB?/?T?13462?-?2008《電力變壓器經濟運行》[2]中規定了變壓器在額定負載運行為經濟運行區上限，與上限額定綜合功率損耗相等的另一點為經濟運行區下限。?經濟運行區上限負載系數為0.75，經濟運行區下限負載系數為1.33，如圖?1所示。

3變壓器經濟運行分析

3.1?經濟運行判斷

為了分析變壓器的使用狀況，計算變壓器的負荷率，劃分變壓器的經濟運行區間，針對企業生產實際情況，本文選擇19臺變壓器進行測量。為了保證測量的準確性，利用FLUKE435電能質量分析儀對選擇的19臺變壓器負荷數據進行測量，其中110kV主變壓器2臺，10kV配電變壓器17臺，結合表1的參數，按照式（1）和（3），對19臺變壓器的負載率進行分析計算，并判斷經濟運行狀況。經濟運行判斷結果見表2所示。

通過對表2的數據分析，處于最佳經濟運行的變壓器有14臺，處于經濟運行的變壓器有2臺，處于非經濟運行的變壓器有3臺，結合現場的生產實際，可以得出以下結論：

1）非經濟運行的3臺變壓器分別為汽機房低配2#變、空壓站低配1#變、球團脫硝2#變，其負載率分別為12%、13%、8%，均處于輕載情況比較嚴重的狀態。說明這3臺變壓器的利用率低，建議條件允許的情況下退出運行。

2）最佳運行的14臺變壓器中負載率最高的為0.66，負載率在0.5以上的僅有2臺，負載率在0.4和0.5之間的也僅有3臺，負載率在0.3和0.4之間的有5臺，其余的4臺均低于0.3。通常在0.4～0.5左右負載時變壓器的損耗最低，負載低于0.4時損耗會增加，如在0.2時，損耗會增加20%，如果繼續減低，損耗會成倍增加，此時，變壓器的運行極不經濟。因此，應盡量提高變壓器的負荷率，調整各變壓器的負荷量，從而提高負荷率，使用電達到經濟合理。

3.2?節能潛力分析

3.2.1?節能改造

檢測的過程中發現S9系列變壓器有9臺，2016年3月，工信部公布高耗能落后機電設備（產品）淘汰目錄（第四批），規定S9系列變壓器逐步淘汰，要求：1997年（含）前生產投運的該系列產品，最遲應于2017年底前停止使用;1997年以后生產投運的該系列產品鼓勵企業自主逐步更新淘汰。

考慮將企業的S9型系列變壓器更換為目前節能效果較好的等容量S15?型系列變壓器，按照式（1）計算降低的有功損耗，電價以0.6元/（?kW·h）考慮，每年的工作時間按照8760小時計算，則節能效益分析如表3所示。

如果將現用的9臺S9系列變壓器全部更換為S15系列變壓器，年節能量為13.27萬kWh，年節約電費為7.96萬元。

3.2.2?無功補償節能效益分析

測量中發現，有9臺變壓器的功率因數低于?0.?9，其中功率因數在0.8以下的有2臺，分別是0.79和0.77;功率因數在0.8和0.85之間的有3臺，因此提高變壓器運行的功率因數是非常有必要的。提高變壓器運行功率因數的同時可減少變壓器所接供電線路損耗。根據文獻[3]計算方法，對變壓器進行功率因數補償后的變壓器和線路節約的電能及費用進行計算，電價以0.6元/（?kW·h）?考慮，每年的工作時間按照8760小時計算，變壓器無功補償后節能效益計算結果如表4所示。

從表4可以看出，對變壓器進行無功補償，將功率因數提高到0.95，則9臺變壓器年節約電能21萬kWh，年節約電費為12.6萬元;線路年節約電能22.6萬kWh，年節約電費為13.6萬元;年總節約電能為43.6萬kWh，總節約電費為26.1萬元。

結語

本文研究的公司使用的變壓器存在負荷率低現象，造成用電效率不高。通過對可采取的節能改造和變壓器無功補償方法后節約電能和節約電費計算，發現這兩種方法可以改善用電效率。建議通過調整變壓器功率因數和實際負載率等技術措施將變壓器控制在經濟運行狀態，以及合理配置負載，減少變壓器運行臺數等措施來節約企業的生產成本，提高經濟效益。

參考文獻：

[1]劉海峰.配電變壓器經濟運行分析[J].電力需求側管理，2009，11（05）：48-49+51.

[2]薛成林.數據中心變壓器經濟運行分析[J].建筑電氣，2019，38（07）：43-50.

[3]陳濤.10?kV配電變壓器低壓側無功補償節電計算[J].現代礦業，2017，33（12）：254-255.

作者簡介：邱必寶（1978—??），男，安徽和縣人，工程師，主要從事節能檢測和分析工作。