有载调容配电变压器临界经济容量及其技术性能分析

孟镇++王强++闫思语

摘要：合理调整变压器容量，提高变压器运行效率，可有效降低配电变压器损耗。阐述有载调容配电变压器的调容降损节能原理；通过不同容量组合的有载调容变压器的总功率损耗理论分析，给出其临界经济容量计算结果；对比分析SZ11-M-T型有载调容变压器与S11型配电变压器的效率特性，验证有载自动调容降损节能效果。

关键词：有载调容；配电变压器；临界经济容量；有功损耗率；效率特性

中图分类号：TM421 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2017）04-0027-03

配电变压器的性能水平高低和降损指标大小直接关系到电力企业和社会的经济效益。根据负荷峰谷轮换，合理地调整变压器的容量，提高变压器的运行效率，是降低配电变压器损耗的有效措施之一。

本研究提出一种确定临界经济容量的方法，在此基础上探讨有载调容配电变压器有功损耗率与负载率的关系，对比分析SZ11-M-T型有载调容配电变压器与S11型配电变压器的效率特性，为合理使用有载调容配电变压器提供参考。

1 有载调容变压器调容原理

现有的有载调容变压器自身有大、小两个容量等级，并且可以根据负荷的变化，通过调容开关改变绕组的联结方式来实现大、小容量的调节，其调容原理如图1所示。三相高压绕组在小容量时呈星形连接，在大容量时呈三角形连接。每相低压绕组由3段组成：27%匝数的线段（I段），以及另外73%匝数的线段由两根导线并绕而成两组（Ⅱ段、Ⅲ段）。Ⅱ段、Ⅲ段导线的截面约为I段导线截面的一半。小容量时3段全部串联，大容量时Ⅱ段、Ⅲ段并联后再与I段串联。当变压器由大容量调为小容量时，高压绕组由三角形连接变为星形连接，使得每相电压降低，同时低压绕组由先并联后串联变为3段全部串联，使得低压绕组匝数增加，由于电压减低与匝数增加的倍数相当，可以保证电压比不变，从而达到调容的目的。

2 临界经济容量计算

有载调容变压器有大、小两个容量，首先要解决的是何时调整变压器容量的问题，即如何确定有载调容变压器的临界经济容量。目前在实际工程应用中，通常选取调容变压器小容量状态下额定电流的80%所对应的容量为临界经济容量，但这种方法只是凭借经验值进行选取，并不具有科学性与合理性。若要合理选取有载调容变压器临界经济容量，不仅要考虑变压器的利用率，更要考虑变压器的经济运行方式。所谓经济运行方式就是指变压器损耗最小的运行方式。

根据公式以及有载调容变压器的性能参数，可以计算出不同负载率时各容量组合有载调容变压器小容量的总功率损耗。将各容量组合小容量方式下的不同负载率换算成其大容量方式下的负载率后，即可计算出对应的大容量的总功率损耗。表1给出了以小容量方式为基准的不同负载率下各容量组合的有载调容变压器大、小容量的总功率损耗。

以S11-ZT 500（160）为例，对其大、小容量在不同负载率下的总功率损耗绘成曲线图，如图2所示。

由图2可以看出：在小容量负载率为0.60～0.70之间产生交点，将在此交点处所对应的负载率记为βLJ。以小容量负载率为基准，当实际负载率β>βLJ时，有载调容变压器在大容量方式下总功率损耗更小，应使变压器切换到大容量状态下工作；当实际负载率β<βLJ时，有载调容变压器在小容量方式下总功率损耗更小，应使变压器切换到小容量状态下工作。由此可得出，此交点即为有载调容变压器的临界负载率，此时所对应的变压器容量即为有载调容变压器的临界经济容量SLJ。经计算，得出各容量组合的有载调容变压器临界负载率与临界经济容量（见表2）。

3 有功损耗率与负载率关系

有功损耗率是指变压器运行时自身有功损耗占总有功功率的比例。有载调容变压器的有功损耗率计算公式为：

式中：Po为变压器空载损耗；Pk为变压器负载损耗；Se为变压器额定容量，β为变压器负载率；Kt为负载波动损耗系数，一般取1.05；cosφ为功率因数。

由公式（1）可以看出，变压器损耗率除了与变压器自身的技术参数有关以外，还与负载率和功率因数有关。本研究分两种情况进行分析：1） 功率因数相同，不同变压器容量在各负载率下的情况。以小容量负载率为基准，由前述计算可知，各种容量等级的变压器临界负载率均在0.60～0.65之间，此时对应的大容量负载率约为0.20。因此在大容量负载率不大于0.20时，使用小容量的技术参数进行计算；在大容量负载率大于0.20时，使用大容量的技术参数进行计算（同样适用于后面变压器效率计算中）。由此，取功率因数为0.90，根据公式（1）计算500（160），250（80），160（50）这3种容量等级的调容变压器在大容量不同负载率下的有功损耗率，得出的结果绘成曲线图，如图3（a）所示。由图3（a）可以看出，不同容量等级的调容变压器均在大容量负载率为0.20时有功损耗率最低，并且容量等级越高，其有功损耗率越低。2） 变压器容量等级相同，不同功率因数在各负载率下的情况。以SZ11-ZT 500（160）为例，功率因数分别取0.90，0.85，0.80，根据公式（1）计算调容变压器在大容量不同负载率下的有功损耗率，得出的结果绘成柱状图，如图3（b）所示。由图3（b）可以看出，在调容变压器容量等级不变的情况下，功率因数越大，有功损耗率越低。

4 效率特性对比分析

变压器的效率是指变压器输出的有功功率与输入的有功功率之比，其公式为：

以SZ11-M-T 315（100）和S11型额定容量为315 kVA的配电变压器为例，取功率因数为0.90计算两种变压器在不同负载率下的效率，得出的结果绘成柱状图，如图4所示。由图4可以看出，SZ11-M-T 315（100）型有载调容变压器在负载率为0.20时效率最高，S11型配电变压器在负载率为0.30～0.40时效率最高。并且在功率因数相同的情况下，SZ11-M-T 315（100）型有载调容变压器效率均高于S11型配电变压器。

5 结论

本研究提出的对临界经济容量的计算方法，克服了以往对有载调容变压器进行调容时凭借经验值的盲目性，按照此方法进行容量调节，可以使变压器一直工作在经济运行方式下。通过分析可知，有载调容变压器在负载率为0.20时有功损耗率最低、效率最高。在功率因数不变的条件下，变压器容量等级越高，有功损耗率越低、效率越高；在容量等级不变的条件下，功率因数越大，有功損耗率越低、效率越高；在功率因数与容量等级均相同的条件下，SZ11-M-T型有载调容变压器的效率均高于S11型变压器。

参考文献

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[2] 王金丽.有载调容变压器综合经济分析及其应用研究[J].高压电器，2009，45（3）：32-35.

[3] 陈玉国，马效坤，崔建江.S11调容变压器[J].农村电气化，2003（7）：5-6.