探讨变压器的节电方法

张 浩，张 雅

（1.新疆维吾尔自治区建筑设计研究院机电一所，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国建筑设计院有限公司智能工程中心，北京 100089）

探讨变压器的节电方法

张 浩1，张 雅2

（1.新疆维吾尔自治区建筑设计研究院机电一所，新疆 乌鲁木齐 830002；2.中国建筑设计院有限公司智能工程中心，北京 100089）

用节电观点看变压器的技术特性，从实际事例阐述变压器的节电方法，分析节电效果，总结了多台变压器（容量相同、特性相同）并联时损耗减少的运行台数及其判定公式，为广大设计人员和运行管理人员提供正确性、科学性的依据。

变压器；损耗；节电方法

1 从节电观点看变压器的特性

1.1 常用变压器技术参数

目前常用的10kV变压器为S11和S9型，其技术参数分别见表1和表2。

表1 部分S11型10/0.4kV变压器参数（A公司生产）

表2 部分S9型10/0.4kV变压器参数（B公司生产）

1.2 变压器损耗的种类

变压器损耗包括与负载电流增减无关的固定空载损耗（简称：铁损）和与负载电流平方成正比的负荷损耗（简称：铜损）。

铁损PF包括磁滞损耗Ph和Pe涡流损耗两部分，即：

PF=Ph+Pe--------铁损PF值直接由变压器厂提供

铁损PF值直接有变压器厂提供。

铜损是变压器一次线圈和二次线圈的电阻损耗之和，三相变压器铜损为：

除上述两种损耗外，还有介质损耗和杂散负荷损耗，此部分损耗因其测定困难，其值很小，可忽略不计。

1.3 变压器效率

三相变压器的额定效率η为：

式中：P2--------二次侧输出功率（kW）

V2-------二次侧电压（V）

I2------------二次侧负荷电流（A）

COSΦ-------功率因数

由此式可见：变压器的效率随着输出功率（kW）变化的同时，也随着负荷的功率因数变化，功率因数变小，效率就降低，这是因为变压器的容量单位是（kVA）。而效率计算是用（kW）。

因为变压器的负荷时刻都在变化，所以考虑瞬时效率是没有意义的，最便捷且有意义的是考虑一天的效率，即日效率。具体计算公式如下：

2 变压器的节电方法

2.1 将轻负荷变压器停止运行

有几台变压器、各自的负荷率都很低时，把负荷率较低的变压器停止运行，并通过母联开关将负荷集中起来供电就可以节电。但是，在有些场合，负荷增加了的变压器增加的损耗，与停止运行变压器减少的损耗相比，有时还要大，会出现相反的效果，所以应进行经济比较。

例1：使用两台A公司生产的800kVA变压器，0.4kV系统为单母分段接线，

接在10kV母线上的2台变压器负荷率均为40%，将1台变压器停止运行，并作经济比较。变压器特性参数见表1-1：

已知两台变压器的铁损、铜损相同，均为：

铁损=0.98kW

铜损=额定负荷铜损×（负荷率）2

=7.5×（40%）2=1.2

所以，总损耗=2×（0.98+1.2）=4.36（kW）

（2）2号变压器停止运行，负荷全部由1号变压器供电，负荷率80%

1号变压器铁损=0.98Kw

1号变压器铜损=额定负荷铜损×（负荷率）2=7.5×（80%）2=4.8

总损耗=0.98+4.8=5.78（kW）

可见：停止1台变压器，损耗反倒增加了：5.78-4.36=1.42（kW）。

2.2 更换变压器

在有备用变压器场合，与其使用小容量变压器接近满载，还不如让较大容量变压器低负荷运行能减少损耗。

例2：某工厂在改造工程中把1台B公司生产的500kVA变压器（特性数据见表1-2）换成800kVA变压器。

已知，500kVA变压器带90%负荷运行（变压器特性数据见表1-2）。

铁损=0.96kW

铜损=5.1x（90%）2=4.13（kW）

总损耗=0.96+4.13=5.09（kW）

换成800kVA变压器（特性数据见表1-1）后，负荷率为56.25%，

铁损=1.4kW

铜损=7.5×（56.25%）2=2.37（kW）

总损耗=1.4+2.37=3.77（kW）

可见：将500kVA变压器更换为800kVA变压器后，损耗减少了：5.09-3.77=1.32（kW）。年度节电金额为：365天×24h×1.32kW×0.519元/kW·h=6001.3（元）

式中电费单价取当地1～10kV工业电价：0.519元/ kW·h。

2.3 在夜间、休息天或低负荷季节把变压器停止运行

对夜间和休息天不工作的设备或车间，应把夜间和休息天不能停电的负荷集中到某台变压器上，可设置白天或季节性专用变压器，如锅炉房按冬季/夏季分别设置变压器，在夜间和休息天或低负荷季节停止运行，以此来达到节电目的。但是如果白天、夜间或季节性负荷变化不太大时，这种方法就没有经济效果。

例如：某天然气储气库正常工况为每年有注气期（约160天）和采气期（约160天），其中：注气期计算负荷为26518.2kW（27986.6kVA），而采气期因压缩机全部停运，负荷只有1010.4kW（1039.8kVA），故供电系统采用110kV双电源供电，安装110kV变压器4台，包括：110/10k、31.5MVA两台，1600kVA两台，注气期采用两台31.5MVA 变压器一用一备运行，两台1600kVA变压器报停，采气期采用两台1600kVA 变压器一用一备运行，两台31.5MVA变压器报停，降低损耗：

SZ11-31500/110kV， PF=24.6kW，PCN=126.4kW，采气期如用其一用一备运行供电，负荷率为3.3%。

铁损=24.6kW

铜损=126.4×（3.3%）2=0.14（kW）

总损耗=2×24.6+0.14=49.34（kW）

SZ11-1600/110kV， PF=2.6kW，PCN=12.1kW，采气期用其一用一备运行，负荷率为65%。

铁损=2.6Kw

铜损=12.1×（65%）2=5.1（kW）

总损耗=2×2.6+5.1=10.3（kW）

可见：采气期将两台31.5MVA变压器更换为两台1600kVA变压器后，损耗减少了：49.34-10.3=39.04（kW），年采气期节电金额为：160天×24h×39.04kW×0.329元=49321.6元。同时节约基本费（按单台变压器考虑）：（31500-1600）×5个月×26元×104=388.7（万元）。

式中电价取当地110kV大工业电价：实用电价0.329元/kW·h；基本电价：26元/（kVA·月）。

2.4 控制变压器台数

几台变压器并联运行时，根据负荷大小来增减变压器的运行台数，以此来降低总损耗，接在电源母线上并联运行的变压器的容量与特性通常是相同的，此时，各变压器分担的负荷也相同，N台变压器并联运行时的总损耗PN（kW）为：

式中：S-----变压器容量（kVA）

PL-----总负荷（kVA）

变压器运行台数为（N-1）时的损耗PN-1（kW）为：

改写该公式一下如下：

表3 多台变压器（容量相同、特性相同）并联时损耗减少的运行台数

从表中可以看出，当损耗比为3的三台变压器（容量相同、特性相同）并列运行，总负荷在1台变压器容量的141%以下时，采用2台变压器运行可降低损耗，当负荷进一步下降到1台变压器容量的81%以下时，采用1台变压器运行可降低损耗。

3 结束语

本文用节电观点看变压器的技术特性，通过实际事例阐述变压器的节电方法，分析节电效果，总结出多台变压器（容量相同、特性相同）并联时损耗减少的运行台数及其判定方法，仅供广大设计人员和运行管理人员参考。

［1］宋慧慧.配电变压器经济运行及自动投切装置研究［D］.山东大学，2015.

［2］佘楚云.配电系统变压器经济运行方式及其最优投切策略研究［D］.上海交通大学，2010.

TM41

A

1671-3818（2016）10-0008-02