变压器经济运行分析

　　摘要：2011年，我国大部分地区进入了缺电的局面，主要是由于电力结构性矛盾、煤电价格矛盾、供需矛盾等多重原因叠加，导致今年“缺电”特别严重。各级政府也提出了“十二五”期间节能减排的要求，调度运行面临了新的情况与挑战。本文主要介绍开展变压器经济运行的必要性与可行性，对变压器经济运行进行理论分析，绘制变压器经济运行曲线，为合理调整电网变压器运行方式起到了指导作用；总结云浮电网2011年上半年变压器经济运行的情况，分析制约开展变圧器经济运行的影响因素，并提出了相应的应对措施。
　　关键词：变压器；调度运行；经济运行
　　引言
　　变压器经济运行是指在技术条件允许并能保证安全生产的条件下，通过优化运行方式和调整负载，使变压器在电能损失较低的状态下运行。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，从而降低用电损耗。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。
　　1变压器经济运行的必要性和可行性
　　1.1变压器经济运行的必要性
　　（1）变压器的电能损失是客观存在的，但不能说这样的电损是必然的、不能减少的，因为变压器存在着经济运行。随着工业的发展与进步，能源短缺问题与环境压力问题成为了影响世界经济持续发展的主要问题。从“十一五”开始，我国加大了节能减排的力度，各级政府也在积极追求绿色GDP，要求电力系统减少损耗，开展变压器经济运行工作是电力系统节能降耗及节能减排工作的一个重要组成部分。
　　（2）变压器运行方式普遍存在着非经济运行状况。①凡是一台变压器能承担的负载就不用两台运行，②凡是小容量变压器能承担的负载就不能用大容量的变压器。③部分变电站出现“大马拉小车”的问题，④变压器的利用率越高，损耗就越小，而这种的认识也不完全符合实际。开展变压器经济运行工作是改变变压器高损现象的重要技术与管理手段。
　　（3）开展变压器经济运行工作是市场经济发展的必然选择。根据中国经济的发展情况，预测未来几年缺电的形势会比“十一五”后期更为紧张，局部地区电力紧张的范围更大，缺口也会更大，预计到2012年全国最大的电力缺口会达到5000万千瓦左右，到2013年会达到7000万千瓦左右。在现有的环境下，使变压器经济运行工作的开展更加迫切；通过运用技术、管理等多种手段，优化变压器的运行方式，降低系统的损耗。
　　1.2变压器经济运行的可行性
　　（1）云浮电网建设取得了较好的发展，电网结构逐渐完善，为开展变压器经济运行工作提供了条件。现阶段云浮电网形成了220kV为骨干、110kV为主网的输电体系；变电站普遍配备了2台以上的主变。安全装置方面，10kV备自投等安全自动装置已经逐步完善，已经取得可靠的运行效果。
　　（2）目前云浮电网的用电需求平稳，为开展云浮电网变压器经济运行工作提供了空间。部分变电站可以用一台主变就能够承担相应及以上主变的负荷。
　　（3）多年的调度运行工作为开展变压器经济运行工作提供了经验。
　　2变压器经济运行的理论分析
　　2.1变压器经济运行的基本原理
　　变压器主要分为双绕组、三绕组、自耦变压器等，但在变压器经济运行方面，三绕组变压器及自耦变压器没有本质的区别，只是其中的参数需要进行相应的等效折算。下面将以双绕组变压器为例来分析变压器的经济运行。
　　（1）变压器经济运行计算方法
　　变压器的损耗分为两部分：第一部分为空载损耗，它与负荷大小无关，只与变压器容量的大小和电压有关，也称为；固定损耗。第二部分为短路损耗，又称铜损，它与负荷大小有关。变压器的空载损耗是不变的，而变压器的负载损耗随负荷电流变化而变化。变压器损耗和损耗率的计算公式如下：
　　-------------------------------------（1）
　　---------------------------------------（2）
　　-------------------------------------（3）
　　式中:ΔP为变压器的总损耗；为变压器的铁损；变压器的铜损；为变压器的额定电流；为变压器的损耗率；P为变压器负载。
　　当两台变压器并列运行时，由于两台变压器的阻抗电压不同，并列运行时，每台变压器的负荷电流与总负荷电流有如下关系：
　　--------------------------------（4）
　　--------------------------------（5）
　　式中：、分别为两台变压器的负荷电流；、分别为两台变压器的额定容量；I为两台变压器的总负荷电流；、两台变压器的阻抗电压。
　　按照公式(4)、(5)，可分别计算出两台变压器并列运行时每台变压器的负荷电流，可得：
　　---------------------------------（6）
　　---------------------------------（7）
　　--（8）
　　按以上公式，即可根据实时的负荷情况计算出两台变压器并列运行时的损耗率。
　　（2）变压器经济运行曲线
　　以110kV茶洞变电站为例，绘制变压器经济运行曲线。#1、#2主变参数如图1所示。为简化计算，负载功率因数不变（cos=0.9）。
　　1 茶洞站变压器损耗率计算表
　　2 项目 #1主变 #2主变 两台主变并列
　　3 容量S/kVA
　　31500 40000 
　　4 二次侧额定电压U/kV
　　11 11 
　　5 空载损耗P/kW
　　31 22.5 
　　6 负载损耗P/kW
　　256.62 140 
　　7 阻抗电压U/%
　　10.55 10.5 
　　8 二次侧额定电流I/A
　　1553.3 2099 
　　9 S/U
　　2985.781991 3809.52381 
　　10 I分/I总 0.439388907 0.560611093 
　　11 负荷电流I #1主变损耗率a1 #2主变损耗率a2 并列运行时a并
　　12 100 1.835621643 1.313254231 2.534085926
　　13 200 1.017556656 0.688391235 1.303629947
　　14 300 0.782554787 0.490576596 0.895652859
　　15 400 0.695229219 0.400566185 0.697255102
　　16 500 0.667247795 0.353842674 0.583333811
　　17 600 0.668989646 0.328806429 0.511830102
　　18 700 0.687716592 0.316177371 0.464630277
　　19 800 0.71704525 0.311307866 0.432648305
　　20 900 0.753423671 0.311612887 0.410824822
　　21 1000 0.794718178 0.315540067 0.396118989
　　22 1100 0.839569753 0.322100863 0.386593136
　　23 1200 0.887071751 0.330635888 0.380954092
　　24 1300 0.936596147 0.34068844 0.378305797
　　25 1400 0.98769416 0.351932182 0.378007736
　　26 1500 1.040036579 0.364127726 0.379589904
　　27 1600 1.093376435 0.377095482 0.382699608
　　28 1700 1.147524839 0.390698085 0.387067018
　　29 1800 1.202334868 0.404828674 0.392482178
　　110kV茶洞变电站变压器经济运行曲线如图2：
　　
　　从曲线图中可以看出，三条曲线的交叉点分别在负荷电流I为400A、1700A处，即可得出茶洞站两台变压器经济运行区间，即：（1）当负荷电流I<400A时，#2主变单独运行最经济；（2）当负荷电流I>1700A，两台主变并列运行最经济。需要注意的是：确定主变经济运行区间时，同时需要考虑负荷是否已经超过主变的最大容量，只有在不超载的范围内，才能讨论如何调整方式使主变运行最为经济。
　　2.2可靠性分析
　　电网设备的可靠供电现已成为运行方式的重点，要协调好经济性与安全性之间的关系。现在大部分变电站10kV备自投装置为变压器经济运行提供了有效的安全保证。
　　10kV备自投的方案比较灵活，如：母联或桥开关备投、进线备自投、根据运行状态自动识别母联自投和线路开关互投的备投方式、母联或桥开关备投+均衡负荷母联备投等。10kV备自投通常采用的是前二种备投方式。
　　3变压器经济运行的难点
　　3.1制约因素分析
　　2010年云浮电网主变经济运行工作取得了比较好的效果，但在实际运行中还存在一些制约因素，限制了变压器经济运行的充分开展，分析如下：
　　（1）部分110kV变电站负荷较重，无法开展经济运行。在年度大方式运行情况下，两台主变均需要投入运行以满足电力供应。
　　（2）10kV备自投装置不足，影响了经济运行的开展。部分县级电网的110kV变电站几乎没有安装10kV备自投装置，市局10kV备自投装置部分没有调试。在备自投装置配置不全的情况下，只能采取单台主变运行或两台主变分别供一段母线的方式运行，如发生故障，极可能造成全站失压事故。
　　（3）经济运行与供电可靠性如何确定一个最佳的方案是最困难的。为保证两台主变经济运行，如果频繁倒换变压器，则不利于安全。部分变电站负荷峰谷差大，如果每日投退主变，对设备要求较高，同时影响设备使用率寿命，对经济运行工作的展开带来不利的影响。
　　（4）缺乏技术支持手段，经济运行的管理没有形成常态机制。目前主变经济运行的计算分析和经济运行的确定完全依靠人工进行，在技术上缺乏可靠性。经济运行方案的执行主要是依据负荷变动，需要实时了解系统负荷的变化，进行主变经济运行投退。
　　4应对措施
　　（1）加强经济运行管理规范化工作，根据电网结构变化情况，滚动修编经济运行实时细则；结合调度规范化管理，探索主变经济运行的流程化管理模式。
　　（2）继续加强10kV备自投的技改力度，为变压器经济运行工作提供技术保证。
　　（3）加快县调变电站的综自改造工程，完善电网的实时数据采集系统，实时监控变压器经济运行的工作状态。
　　（4）组织开展科研项目，深入研究主变经济运行，解除影响主变经济运行的顾虑，扩大主变经济运行的范围。
　　5结论
　　云浮电网的主变经济运行工作开展得较晚，但在当前电力缺口增大、节能减排等社会环境下有必要大力开展变压器经济运行的工作；克服技术、管理、电网结构等薄弱环节的影响，开展基础性分析研究，强化管理工作，切实推进变压器经济运行工作。
　　
　　参考文献：
　　1侯元文等，《变压器经济运行在变电站的实践》
　　2华跃刚等，《变压器经济运行曲线的分析与选择》
　　3齐晓波等，《电力变压器经济运行分析》

《变压器经济运行分析》

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