基于合理配置容量、调整运行方式的配变降损措施研究

陈 胜

（国网湘潭供电公司，湖南湘潭411400）

0 引言

配电变压器作为电网中电压变换的最后一个环节，其总数量及总容量在电网中均是最大的。配电变压器作为一种低电压等级的配电设备，与电网中存在的高电压等级主变压器原理基本相同，但配电变压器较主变压器运行方式更为灵活，操作风险较低。因此，以配电变压器空载损耗及短路损耗为基础，研究配电变压器最优运行方式，对于配电设备节能降损具有较强的经济价值[1-2]。

1 配电变压器效率及最佳负载率

1.1 配电变压器效率

根据变压器相关理论，配电变压器效率定义为其输出功率与输入功率的比值，体现出其低压侧与高压侧能量转换的效率。

配电变压器输出功率[3]：

式中，P2为输出功率；UN为额定线电压；Ij为计算电流；cos φ为功率因数；β为负载系数；SN为额定容量；IN为额定电流。

配电变压器输入功率：

式中，P1为输入功率；P0为空载损耗；PK为负载损耗；PKN为短路损耗；β为负载系数。

变压器效率[4]：

1.2 配电变压器理论最佳负载率

配电变压器效率最高，即要求η最大，前述η与β的关系式中，除β外其余皆为常量，根据极值原理，η最大时有：

配电变压器运行负载率在理论最佳负载率附近时，其效率较高，损耗较低。在配置配电间配电变压器容量时应根据现场平均负荷水平及配电变压器理论最佳负载率充分考虑，合理配置配电变压器台数及总容量。以GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中二级能效等级干式变压器相关空载损耗及短路损耗参数为例[5]，计算其对应容量的配电变压器理论最佳负载率如表1所示。

表1 二级能效干式变压器理论最佳负载率

2 配电变压器最佳运行方式

2.1 配电变压器运行方式及损耗计算

配电变压器损耗由铁损和铜损两部分组成。其中铁损主要由铁芯的磁滞损耗和涡流损耗造成，在铁芯磁化曲线线性区间内为一定值，即空载损耗，而铁芯饱和之后铁损迅速增加，因此配电变压器负载在额定容量内铁损即空载损耗。铜损即绕线电阻流过电流产生的损耗，其值与绕组流过电流大小的平方成正比。

对于多台配电变压器同时运行，其总的损耗如下：

式中，ΔPn为多台运行变压器总损耗；Ii为某台变压器负载电流。

2.2 配电变压器最佳运行方式

在配电变压器最佳运行方式下，配电变压器总的损耗ΔPn为最小值，即ΔPn≤ΔPn+1、ΔPn≤ΔPn-1。

为简化计算，取配电变压器容量相同、负载电流相等这一情况，求取对应负荷水平下的配电变压器最佳运行方式，即运行配电变压器台数。根据n台与n+1台配电变压器运行损耗相等计算相应临界负荷值：

式中，I为总的负荷电流。

由上式进行推导可以得出：

以某一配电间4台变压器为例，根据表1中800 kVA变压器参数进行计算，其中P0=1 215 W；PK=6 550 W。

当n=1时，

由上述计算可知：

（1）当S＜488 kVA时，单台变压器运行最佳，此时β＜0.61。

（2）当488 kVA＜S＜840 kVA时，两台变压器运行最佳，此时0.31＜β＜0.53。

（3）当840 kVA＜S＜1 192 kVA时，三台变压器运行最佳，此时0.35＜β＜0.50。

（4）当S＞1 192 kVA时，四台变压器运行最佳，此时β＞0.37。

3 结语

以上关于配电变压器理论最佳负载率及最佳运行方式的计算与分析虽然不完全符合实际情况，是一种较为理想的状态，但理论最佳负载率作为变压器容量配置的参考依据，配电变压器最佳运行方式作为配电间变压器运行方式调整的重要参考依据，对于指导配电变压器的节能降损仍然具有十分重要的意义。

[1]李伯方.关于10 kV以下配电变压器降损节能运行的研究[J].科技风，2011（8）：32-33.

[2]张鹰，章晓明，张海标，等.适用于住宅小区降损节能的配变组技术[J].浙江电力，2006，25（3）：31-34.

[3]胡虔生，胡敏强.电机学[M].北京：中国电力出版社，2009.

[4]曾以雄.变压器运行效率与最佳运行效率的计算[J].建筑电气，2014，33（1）：14-18.

[5]三相配电变压器能效限定值及能效等级：GB 20052—2013[S].