“变电站变压器经济运行检测系统”的应用

王晓峰

(浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310002)

0 引言

变电站变压器经济运行是降低电力系统网损、节省变压器电能损耗的重要措施，要实现变电站在随时变化的各种负荷时都能按经济运行方式运行，这就需要通过对变电站负荷变化时的综合功率损耗的动态计算和分析比较，从而鉴别变电站是否处于经济运行方式，并使变电站实现按经济运行方式运行［1］.

目前，我国变电站基本上没有实现按经济运行方式运行.在变电站变压器运行管理上存在一些误区.

(1)认为变压器按额定容量运行是经济的;

(2)并联运行的变压器要等第一台超过75%额定负荷时，再投入第二台变压器，认为变压器负荷率在75%左右效率最高;

(3)认为变压器负荷率在30%以下就是“大马拉小车”，不经济.其实不然，因为，变压器的损耗主要由空载损耗和负载损耗构成，每台变压器的空载损耗是固定的，而负载损耗随变压器负荷变化而变化，变压器经济运行就是要使每台变压器在经济运行负荷系数区运行.

1 概述变压器的经济运行负荷系数

以下以双绕组变压器为例，概述经济运行负荷系数的概念.

1.1 变压器有功功率损耗及变压器的负载系数

变压器在运行过程中将产生有功功率损耗(即空载损耗与负载损耗的总和)［2］;双绕组变压器瞬时有功功率损耗△Pt(kW)和瞬时有功功率损耗率△Pt(%)的计算式为:

式中:Po—变压器空载损耗功率，kW;

Pk—变压器额定出率时的负载损耗功率，kW;

cosφr—瞬态负荷功率因数;

βt—瞬态负荷系数.

变压器效率tη(%)的计算式为

式中:P1t—变压器电源侧瞬态输入功率，kW;

P2t—变压器负载侧瞬态输出功率，kW.

负荷系数即为变压器的瞬时负载电流与其额定电流之比.负载系统数的计算式为

式中:I2n，I2t—分别为变压器的额定电流与瞬时负载电流，A.

1.2 变压器经济负载系数

变压器在运行中，采用什么负荷系数时，其损耗最小;这个负荷系数称为经济负荷系数［3－4］.

1.2.1 有功经济负载系数

变压器的有功功率损耗△P和有功损耗率△P%计算式［2］

由式可知，变压器损失率△P%是变压器负载系数β的二次函数，△P%先随着β的增大而下降，当负载系数等于

此时铜损等于铁损.然后△P%又随β的增大而上升.βjp是最小损失率△Pb%的负载系数，称为有功经济负载系数.

在有功经济负载系数条件下，变压器有功损耗率最低(即效率最高)，有功最低损耗△Pb%计算式为

1.2.2 综合功率经济负载系数

综合功率损耗是指变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使电网增加的有功功率损耗之和［5］.

变压器综合功率损耗及损耗率的计算式为:

可绘制成曲线△Pz=f(β)和△Pz%=f(β).求导数，则可得出综合功率经济负载系数

综合功率经济负载系数是指综合功率损耗率最低时，变压器输出视在功率与额定容量之比.

变压器在综合功率经济负载系数条件下运行时，其综合功率损耗率最低.

最低综合功率损耗率△Pzb%(%)为:

从以上变压器综合功率损耗和综合功率损耗率的分析计算可以推算出，只有当变电站变压器的空载损耗和负载损耗相同时，变压器的效率最高，因此，变压器的最经济运行负荷是:

其中:Snl—变压器空载损耗;Sll—变压器负载损耗;

Sjs—变压器工作容量;Se—变压器额定容量.

由于，变压器的功率损耗值各不相同，近几年来，变压器铁损大大降低，显而易见，按误区的观点进行的变压器运行方式是不经济的.要实现变电站的经济运行，必须对变电站随时变化的负荷和综合功率损耗进行在线检测和动态计算分析，并确定最经济的运行方式，［6］从而进行调控.研发“变电站变压器经济运行检测系统”就是为了实现上述功能.

我国变电站量大面广，如果所有的变电站能降低变压器损耗，按经济运行方式运行，其节省电能的效果是十分可观的，因此，“变电站变压器在线检测系统”的开发和应用对节省电能，缓解我国电力紧张的现状将产生一定的经济效益和社会效益.

2 “变电站变压器经济运行在线检测系统”的依据和方法

“变电站变压器经济运行在线检测系统”适用于二台及以上变压器并联运行的变电站.其依据是:通过变压器经济运行系统的动态计算得出的变压器最经济运行方式.系统由三部分组成:

(1)变电站变压器运行工况的在线检测;

(2)变压器经济负荷的分析计算，及变电站变压器经济运行方式的动态计算和综合分析;

(3)实时比较经济运行方式与现行运行工况，自动控制或提示调整变电站按经济运行方式运行.

2.1 变电站变压器运行工况的在线检测

(1)采用GE多功能电力检测装置，在线检测变电站各变压器两侧的有功功率、无功功率、电量、温度等参数及变化趋势;

(2)采集变电站各变压器进出线开关位置状态.

2.2 变压器经济负荷的分析计算，及变电站变压

器经济运行方式的动态计算和综合分析

当变电站多台变压器运行时，变电站的变送负荷在随时变化，因此，需通过对变压器经济负荷的分析计算及变电站运行方式的动态计算、分析，才能确定实时经济运行方式.计算、分析步骤如下:

(1)根据各台变压器参数，分别计算出各种负荷下的功率损耗和经济负荷系数;

(2)根据主接线，计算各种变送负荷下的经济分配运行模式;

(3)按实测运行参数，进行动态综合损耗计算，确定实时经济运行方式.

2.3 实时比较经济运行方式与现行运行工况，自动

控制或提示调整变电站按经济运行方式运行

(1)把数模计算的经济运行方式与现行的运行方式进行比较，提出改变变压器投运台数和负荷分配的方案;

(2)通过实测运行参数的综合损耗动态计算的比较和分析，确认或修正经济运行方式的方案;

(3)当变电站的变送负荷变化时，按经济运行方式提出运行操作的方案;

(4)把经济运行的调节和操作要求通过计算机界面和语音及时提示运行人员，并可通过变电站的计算机监控系统，实现自动控制.

3 应用“变电站变压器经济运行在线检测系统”的可行性

综上所述，应用“变电站变压器经济运行检测系统”，以实现变电站的经济运行，对降低变电站内变压器损耗，节省电能，缓解我国电力紧张的状况是具有现实意义的.

由于变电站运行管理中注重安全运行，不是很重视变压器的经济运行，也没有这方面的考核指标.但在当前，计算机监控系统在变电站已经广泛采用，在变电站的运行管理中，应用“变电站变压器经济运行检测系统”，在技术上是可行的，经济上投入较少，因此，只要重视变电站变压器经济运行，应用“变电站变压器经济运行检测系统”，来进行变电站的经济运行是完全可行的.

［1］ 杨 佳.变压器经济运行实用化方法的研究［D］.郑州:河海大学，2006.

［2］ 胡景生.变压器经济运行［M］.北京:中国电力出版社，1999.

［3］ 曲鸿春，咸日常，赵爱丽.变压器经济运行技术的最新研究［J］.电网与清洁能源，2009，25(1):29 －31.

［4］ 王向勇.电力变压器的节能运行及应用［C］//张瀚予.全国工矿企业电力安全与节能技术优秀论文集.北京:北京理工大学出版社，2005:95 －99.

［5］ 赵志杰.配电网变压器经济运行控制方式的研究［D］.重庆:重庆大学，2008.

［6］ 王承民，刘 莉.变电网节能与经济运行［M］.北京:中国电力出版社，2012.