变压器经济运行及节能潜力分析

邱必宝 英燏 宋新勇

摘要：变压器是企业用电中主要的耗能设备，变压器经济运行目的是减少变压器在运行过程中的有功功率损耗和提高其经济运行效率。按照变压器经济运行理论对公司使用的变压器进行经济运行判断和节能潜力分析，确定合理使用变压器的方式，为公司节能改造提供可靠的决策依据。

关键词：变压器;经济运行;节能

变压器是工、矿企业主要的电气设备之一，它不仅作为电能输送的主要设备，也是消耗电能的设备，其消耗电能主要有铁芯损耗和负载损耗两方面。将变压器控制在最佳经济运行状态下可以降低变压器电能损耗、降低线路网损。因此，本文以安徽铜陵某公司为例，分析公司配电变压器的使用现状，实现能源节约、优化负荷分配，从而实现经济效益最大化。

1 在用变压器现状

公司在用变压器28台，均为双绕组油浸式变压器和干式变压器，按型号分主要有S9、S10、S11、SCB10、SZ10等系列变压器，变压器安装总容量为54820kVA。

公司厂区有110kV变电所1座，通过2台SZ10-20000/110的变压器将110kV电压降压为10kV直接对高压电动机等设备供电，两台主变采用并列运行方式，在10kV母线上设置了电容集中补偿。低压设备由二级配电变压器降压为400V供电。厂区有余热电厂，两台发电机组通过两台800kVA的变压器并入110kV变电所10kV母线上。

公司的设备主要是干燥泵、循环泵、风机、球磨机等设备，以及为了保证运行而配备的空压机和皮带机等辅助设备，由于公司内部车间的生产工序不同，为了降低相互影响，每个车间所使用的设备分别设置变压器，因此不同变压器的负载特性就会有差别。表1为部分使用变压器的技术参数。

2 变压器经济运行分析方法

2.1 变压器功率损耗计算方法

配电变压器的节电降耗主要通过对变压器自身的有功损耗定量计算结果进行优化选择，变压器有功损耗年损耗费用计算式为：

根据文献[1]可知，变压器的有功功率损耗是包含空载损耗和负载损耗两部分，空载损耗不随变压器负载而变化，但负载损耗与变压器负载的平方成正比。则变压器的总有功损耗和无功损耗可由下式计算：

由式（1）和（2）可以看出，在空载损耗△Pk和额定负载损耗△Pe值均确定的情况下、在年运行时间及基本电费固定的条件下，变压器损耗由负载率β 的平方值决定。

2.2 经济运行状态判断标准

变压器在运行过程中，其自身的有功、无功功率消耗均随负载的变化而发生非线性变化。在其非线性曲线中，最低点的负载系数即为综合功率经济负载系数，其计算式为：

式中：βJZ——变压器综合功率经济负载系数;

KT——负载波动损耗系数

变压器在综合功率经济负载系数下运行时其综合功率损耗率最低，双绕组变压器的最佳经济运行区与变压器的综合功率损耗有关，GB / T 13462 - 2008《电力变压器经济运行》[2]中规定了变压器在额定负载运行为经济运行区上限，与上限额定综合功率损耗相等的另一点为经济运行区下限。 经济运行区上限负载系数为0.75，经济运行区下限负载系数为1.33，如图 1所示。

3变压器经济运行分析

3.1 经济运行判断

为了分析变压器的使用状况，计算变压器的负荷率，划分变压器的经济运行区间，针对企业生产实际情况，本文选择19台变压器进行测量。为了保证测量的准确性，利用FLUKE435电能质量分析仪对选择的19台变压器负荷数据进行测量，其中110kV主变压器2台，10kV配电变压器17台，结合表1的参数，按照式（1）和（3），对19台变压器的负载率进行分析计算，并判断经济运行状况。经济运行判断结果见表2所示。

通过对表2的数据分析，处于最佳经济运行的变压器有14台，处于经济运行的变压器有2台，处于非经济运行的变压器有3台，结合现场的生产实际，可以得出以下结论：

1）非经济运行的3台变压器分别为汽机房低配2#变、空压站低配1#变、球团脱硝2#变，其负载率分别为12%、13%、8%，均处于轻载情况比较严重的状态。说明这3台变压器的利用率低，建议条件允许的情况下退出运行。

2）最佳运行的14台变压器中負载率最高的为0.66，负载率在0.5以上的仅有2台，负载率在0.4和0.5之间的也仅有3台，负载率在0.3和0.4之间的有5台，其余的4台均低于0.3。通常在0.4～0.5左右负载时变压器的损耗最低，负载低于0.4时损耗会增加，如在0.2时，损耗会增加20%，如果继续减低，损耗会成倍增加，此时，变压器的运行极不经济。因此，应尽量提高变压器的负荷率，调整各变压器的负荷量，从而提高负荷率，使用电达到经济合理。

3.2 节能潜力分析

3.2.1 节能改造

检测的过程中发现S9系列变压器有9台，2016年3月，工信部公布高耗能落后机电设备（产品）淘汰目录（第四批），规定S9系列变压器逐步淘汰，要求：1997年（含）前生产投运的该系列产品，最迟应于2017年底前停止使用;1997年以后生产投运的该系列产品鼓励企业自主逐步更新淘汰。

考虑将企业的S9型系列变压器更换为目前节能效果较好的等容量S15 型系列变压器，按照式（1）计算降低的有功损耗，电价以0.6元/（ kW·h）考虑，每年的工作时间按照8760小时计算，则节能效益分析如表3所示。

如果将现用的9台S9系列变压器全部更换为S15系列变压器，年节能量为13.27万kWh，年节约电费为7.96万元。

3.2.2 无功补偿节能效益分析

测量中发现，有9台变压器的功率因数低于 0. 9，其中功率因数在0.8以下的有2台，分别是0.79和0.77;功率因数在0.8和0.85之间的有3台，因此提高变压器运行的功率因数是非常有必要的。提高变压器运行功率因数的同时可减少变压器所接供电线路损耗。根据文献[3]计算方法，对变压器进行功率因数补偿后的变压器和线路节约的电能及费用进行计算，电价以0.6元/（ kW·h） 考虑，每年的工作时间按照8760小时计算，变压器无功补偿后节能效益计算结果如表4所示。

从表4可以看出，对变压器进行无功补偿，将功率因数提高到0.95，则9台变压器年节约电能21万kWh，年节约电费为12.6万元;线路年节约电能22.6万kWh，年节约电费为13.6万元;年总节约电能为43.6万kWh，总节约电费为26.1万元。

结语

本文研究的公司使用的变压器存在负荷率低现象，造成用电效率不高。通过对可采取的节能改造和变压器无功补偿方法后节约电能和节约电费计算，发现这两种方法可以改善用电效率。建议通过调整变压器功率因数和实际负载率等技术措施将变压器控制在经济运行状态，以及合理配置负载，减少变压器运行台数等措施来节约企业的生产成本，提高经济效益。

参考文献：

[1]刘海峰.配电变压器经济运行分析[J].电力需求侧管理，2009，11（05）：48-49+51.

[2]薛成林.数据中心变压器经济运行分析[J].建筑电气，2019，38（07）：43-50.

[3]陈涛.10 kV配电变压器低压侧无功补偿节电计算[J].现代矿业，2017，33（12）：254-255.

作者简介：邱必宝（1978—  ），男，安徽和县人，工程师，主要从事节能检测和分析工作。