配电网变压器的功率损耗问题及实现其经济运行的关键技术研究

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【摘 要】变压器技术参数是分析计算变压器经济运行的基础数据。根据有关资料统计，各地电力部门对变压器经济运行虽然十分重视，但由于变压器在线实时经济运行的手段较差，目前实际节电效果并不明显，并没有真正实现变压器的经济运行。经研究发现，产生这一问题的一个很重要的原因就是变压器技术参数不准确。因此，只有获取准确的变压器有功功率、无功功率负载损耗特性，才能准确的确定变压器的经济运行区。但是在实际电力系统中进行电网分析计算时，通常采用设备铭牌给定的参数，这些铭牌参数多数为生产厂家的设计参数，虽然同一型号设备的铭牌参数都相同，但实际上不可避免地还是存在着一定的差异，如设备在运行一段时间后，由于老化、技术改造、维修等原因，其相应的技术参数也发生了一些变化，故根据铭牌参数而得到的经济运行方式不一定是最优方式。故需要根据变压器实时运行数据，对变压器参数和功率损耗曲线进行校核。

【关键词】配电运行；电能损耗；最优方式；空载损耗；负载损耗；功率因数

0 引言

电力是一种使用方便的优质二次能源。变压器是应用广泛的电气设备之一。一般来说，从发电、供电一直到用电需要经过3-5次变压过程，根据国内外的统计数字，运行变压器的容量通常是发电容量的4-7倍，是运行电机容量的5-8 倍，这就决定了变压器必须是一个高效能的设备。因此变压器不仅总台数远远超过发电机的总台数，而且运行中的总容量也远远超过发电机的总容量。变压器在变压和传递功率的过程中，自身要产生有功和无功损耗。由于变压器的总台数多、总容量大，在电力系统中的各种电气设备（包括发电机、变压器、电力线路、电动机等）中，变压器损耗约占电力系统线损的50%左右，而在农电系统中要占到60-70%，其总的电能损耗已约占发电量的10%左右。这对于全国来说，意味着全年变压器总的经济损耗相当于一个较大电力系统的发电量。因此，设法降低变压器电能损耗，已成为变压器制造厂商和发、供、用电部门共同关注的问题。

1 变压器的功率损耗

1.1 有功功率损耗

变压器在传输功率的过程中其自身要产生有功功率损耗，即空载损耗与负载损耗的总和。双绕组变压器有功功率损耗ΔP（kW）的计算式为：

1.2 无功功率消耗

双绕组变压器无功功率消耗ΔQ（kVar）的计算式为：

由于变压器的变压过程是借助于电磁感应完成的，因此变压器是一个感性的无功负载。在变压器传输功率的过程中，变压器自身的无功功率消耗远大于有功功率损耗。因此在分析计算变压器经济运行时，不仅要考虑有功功率损耗最小，而且也应考虑到无功消耗最小。在变压器经济运行时，无功电量的节约远大于有功电量的节约，因此，变压器经济运行不仅能节电，还能提高变压器电源侧的功率因数。

1.3 综合功率损耗

综合功率损耗是指变压器的有功功率损耗与因其消耗无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。

综合功率损耗也是有功功率损耗，它的提出是具有系统性的。变压器综合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳节电法，是既考虑有功电量节约，又考虑无功电量节约的综合最佳：是既考虑用2 实现变压器经济运行的关键技术问题

2.1 变压器自身参数准确性

变压器的经济运行计算是基于变压器的技术参数进行的，而变压器由于长时间的运行，设备老化和多次维修的原因，实际参数较铭牌给定的参数有较大变化，损耗有一定增大。变压器经济运行的目的是降低变压器的有功和无功功率损耗、提高运行效率以及提高变压器电源侧功率因数。因此，变压器的有功功率损耗和有功功率损耗率的计算、无功功率损耗和无功功率损耗率的计算等都是变压器经济运行中的基础计算式。这些基础计算式及其相关理论是变压器经济运行的理论基础。因此分析变压器的合理运行方式，首先必须准确掌握变压器自身技术参数和有功功率、无功功率负载损耗特性，才能确定变压器的经济运行区域。

为解决目前变压器经济运行分析中参数不准的问题，一种可行的方法是根据目前越来越多投入运行的配电自动化系统，可以实时测量变压器有功、无功、电压等数据，通过曲线拟合计算，对变压器参数和功率损耗负载曲线进行校核，得到符合实际情况的变压器运行特性，以此为依据安排变压器的合理运行方式，动态调整变压器的负荷分配，进行实时控制，从而提高电网分析计算的准确度，为经济运行提供翔实、准确的第一手资料。

2.2 变压器经济运行方式切换与变压器可靠性

按照变压器经济运行理论确定变压器运行方式，由于变压器所带的负荷是不断变化的，变压器运行方式不可避免的要进行频繁的切换，单纯从经济角度考虑，虽然可以节省一些电量，但是频繁的操作对设备的寿命和系统的安全造成威胁，影响系统的可靠性。因此如何按照经济运行理论制定合理的控制策略，最大限度减少变压器操作次数，是能否成功实现变压器经济运行的关键。

实现变压器的合理运行，不仅要考虑经济因素，实现功率损耗最小，更要考虑电网系统的安全和供电可靠性。根据电力系统负荷特点，本文提出了基于短期负荷预测的变压器目标节能控制方法，用于变压器经济运行方式控制。通过负荷预测曲线，利用目标节能函数分别求出在不同运行方式下的损耗差值，即切换运行方式后节约的电能，以此节约电量与操作损耗进行综合评价，确定是否需要切换，解决单纯考虑功率损耗而多次调整变压器造成的系统安全隐患问题。

2.3 变压器运行方式切换装置的可靠性、经济性

2.3.1 可靠性：变压器运行的可靠性是变电站安全运行的基础，因此在变压器经济运行自动投切装置的设计中，既要考虑先进性，又要尽可能的采用一些成熟的经过了验证的技术，以保证装置运行的可靠。

2.3.2 实用性：装置的功能设计基于实用的原则，一方面装置的功能要尽可能的满足用户的要求；另一方面装置的功能要尽可能的被用户用到。

2.3.3 灵活性：一方面是指变压器经济运行自动装置作为变压器经济运行系统的终端可以根据调度主站的命令来实现变压器的投切操作；另一方面是指变压器自动投切装置也可作为一个独立的运行装置，对变电站内变压器经济运行条件和事故状态进行判断，并可根据负荷变化规律进行自动投切操作。

3 结束语

总之，近几年我国高能耗行业发展过于迅速，能源问题尤其是电力供应出现了短缺局面，不同程度的拉闸限电在全国多个城市卷土重来。为解决电力紧张的问题，除了国家加大电源建设的速度外，搞好电力系统的经济运行也是及其重要的一项工作。开展变压器经济运行是实现电力系统经济运行的重要环节，是节约电能的一个重要手段。因此开展变压器经济运行的研究非常必要。

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