论变压器经济运行

摘要：变压器在整个国计民生中是一种应用极广的耗能设备。变压器是电力生产过程中的主要电器。变压器在变压和传递电功率时，其自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。由于变压器台数多、总容量大，所以在发、供、用电过程中变压器总的电能损失约占整个电力系统损失的30%左右。因此，全面开展变压器经济运行是实现电力系统经济运行的重要环节。
关键词：变压器 经济运行

　　1. 绪论
　　变压器经济运行是指在传输电量相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。换言之，经济运行就是充分发挥变压器效能，合理地选择运行方式，从而降低用电单耗。所以，变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。
　　2. 概述
　　2. 1变压器的技术参数
　　2. 1. 1空载电流
　　 空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。当变压器二次侧开路，在一次侧加电压U1e时，一次侧要产生电流Io---空载电流。通常Zm» Z1，则Z1可以忽略。
　　 Io=U1e/（Z1+Zm） （2-1）
　　 Z1---变压器一次阻抗
　　 Zm---变压器激磁阻抗
　　2. 1. 2空载损失
　　由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯的电阻成反比。磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热，其损失大小由磁滞回线决定。
　　2. 1. 3短路电压（短路阻抗）
　　短路电压是指在进行短路试验时，当绕组中的电流达到额定值，则加在一次侧的电压。
　　uk%=Uk/U1e *100% （2-2）
　　从运行性能考虑，要求变压器的阻抗电压小一些，即变压器总的漏阻抗电压小一些，使二次侧电压波动受负载变化影响小些；但从限制变压器短路电流的角度，阻抗电压应大一些。
　　2. 1. 4短路损失
　　短路损失Pk是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失（亦铜损）。变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关，变压器铭牌规定的Pk值，指绕组温度为75℃时额定负载产生的功率损失。
　　2. 2变压器存在经济运行的因素
　　2. 2. 1变压器间技术参数存在差异
　　每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失，及无功功率的空载消耗和额定负载消耗。因变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，所以上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器的运行方式运行。
　　2. 2. 2变压器有功功率损失和损失率的负载特性
　　 变压器功率损失ΔP（千瓦）、效率η（%）和损失率ΔP%（%）的计算公式：
　　 ΔP=Po+2Pk （2-3）
　　 η=P2/ P1= Secosφ/(Secosφ+Po+2Pk)*100 （2-4）
　　 ΔP%=ΔP/P1*100% =( Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100% （2-5）
　　 =I2/I2e= P2/Secosφ （2-6）
　　P1---变压器电源侧输入的功率
　　 P2---变压器负载侧输出的功率
　　 cosφ---负载功率因数
　　 ---负载系数
　　 I2---变压器二次侧负载电流
　　 I2e---变压器二次侧额定电流
　　
　　 由上图可知变压器损失率ΔP%是变压器负载系数的二次函数，ΔP%先随着的增大而下降，当负载系数等于
　　 jp=（Po / Pk）1/2 （2-7）
　　时即铜损等于铁损。然后ΔP%又随着增大而上升。jp是最小损失率ΔP%的负载系数，称为有功经济负载系数。所以，当固定变压器运行时，可通过调整负荷来降低ΔP%。
　　2. 2. 3变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性
　　变压器无功功率消耗ΔQ的基本公式为：
　　ΔQ=Q0+ 2Qk （2-8）
　　 为衡量变压器传输单位有功功率时消耗的无功功率，便提出无功消耗率的公式：
　　ΔQ%=ΔQ/ Q1*100% （2-9）
　　2. 3变压器无功功率的经济运行
　　由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的。因此，变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失。因此，在分析变压器经济运行时，无功消耗和有功损失都要最小。
　　在额定负载条件下，变压器的无功功率消耗和有功功率损失之比为：
　　Kxr=ΔQe/ΔPe=(Q0+Qk)/(P0+Pk) （2-10）
　　Kxr=[（I0+Ie）2 Xm+Xk]/ [（I0+Ie）2 rm+rk] （2-11）
　　Kxr ---阻抗比
　　ΔQe、ΔPe ---变压器自身无功消耗和有功损失
　　Xm 、rm ---变压器励磁回路感抗和电阻
　　Xk ---变压器额定负载下的漏磁感抗和
　　rk ---变压器短路电阻
　　Kxr变压器总的电抗和总的电阻之比，其值大小代表变压器感性强度。阻抗比和变压器的容量有关，容量在560~7500KVA之间，Kxr≈5~10。
　　变压器空载功率因数公式为：
　　cosΦ0=P0/S0 （2-12）
　　由于变压器是个感性负载，其空载功率因数很低，一般变化范围为cosΦ0=0.05~0.2。变压器容量越大，cosΦ0越小。