配电变压器的节能_0

1配电变压器的节能段军鹏王建兴摘要本文针对配电变压器日负荷大，夜负荷小，空载轻载时间长，损耗比较大的特点，提出了解决方案。Abstractthispaperbasingonthecharacteristicsofsubtransformerdaytimeheavyload,nightlight,noandlightlang,losingseriousgivessomemetholds.关键字配电变损耗节能一、配电变的损耗原理U1ImxmrmU2E1E2r1x1r2x2I1I2变压器的T形等效电路变压器是一种能量转换装置，在转换能量过程中同时产生损耗，它们是初级绕组铜耗PCU1=121rI，次级绕组铜耗PCU2=222rI和铁心损耗PFe=mmrI2，全部损耗为P=PCU1+PCU2+PFe（1-1）损耗又可由空载损耗和短路损耗表示为：P=2PKN+PO（1-2）推导如下：因为1I=mI+（-'2I），又因mI很小，所以如认为21I=2mI+2'2I，不致引起多大误差。在这个简化条件下，可把初级侧铜耗分解成两部分，即21I1r=2mI1r+2'2I1r（1-3）2如把2mI1r与铁耗2mImr合并，可由空载试验测得，把2'2I1r与次级铜耗2'2I'2r合并，可由短路试验测得，即有p=21I1r+2'2I'2r+2mImr=2'2I（1r+'2r）+2mI（1r+mr）=2'22'2NII2'2NI（1r+'2r）+2mI（1r+mr）=2PKN+PO=NII22='2'2NII称为负载系数；PKN是短路电流为额定电流时的短路损耗；PO是空载电压为额定电压时的空载损耗。因此，配电变的节能主要从降低铁耗和降低铜耗两个方面入手。二、配电变节能的具体方案（1）非晶合金材料的使用——主要降低铁耗非晶合金材料是70年代问世的一种新型合金材料，采用国际先进的超急冷技术将液态金属以1x106℃/s冷却速度直接冷却形成厚度0.02-0.04mm的固体薄带，得到原子排列组合上具有短程有序，长程无序特点的非晶合金组织，喷出形成带材。非晶合金具有非常优异的导磁性能，它的去磁与被磁化过程极易完成，较硅钢材料铁芯损耗低，可达到高效节能的效果，它具有低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点，用非晶合金铁芯制造的变压器，其空载损耗较用硅钢片的S9产品系列下降70～80%，空载电流较S9系列下降20%。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。通常所说的非晶合金由于材料生产工艺的限制，一般为带材。鉴于容量的限制一般不大于4万千伏安，所以非晶合金变压器较适用于配电网。（2）高温超导材料的使用——主要降低铜耗高温超导变压器是采用无阻的、能传输高电流密度的超导材料作为导电体并能传输大电流的一种电力设施，是解决大容量、低损耗输电一个重要途径。绕组中的铜损占变压器满负荷运行时总损耗的绝大部分，而采用高温超导绕组即可大大降低这部分损耗，大大提高变压器运行的经济性。同时，由于在相同容量下超导变压器的体积比常规变压器小40～60%，因此，超导变压器可直接安装在现有变电站内，从而节省重建经费。正因为超导变压器具有截流能力大、损耗低、体积小、重量轻、效率高、无环境污染隐患等优点，它被公认为最有可能取代常规变压器的高新技术。2005年11月，630ＫＶＡ三相高温超导电力变压器研发成功，并且通过了并网前的各种测试，顺利投入电网运行。2005年12月31日，630ＫＶＡ高温超3导电力变压器样机顺利通过国家变压器质量监督检验中心的检测。这是我国第一台拥有自主知识产权的高温超导电力变压器，这台超导技术与变压器制造技术完美结合的高温超导变压器样机的负载损耗仅相当于同容量油浸式变压器S9型的4.5％，比Ｈ级绝缘干式变压器S9型降低97.2％。在产品结构和原材料选用上均是对具有百年历史的传统变压器的突破。高温超导电力变压器的研制成功，将加快我国超导电力技术的应用步伐，也意味着配电变节能存在很大的空间。（3）改变运行方式——增设小容量变压器的经济运行1．增选小容量变压器的功率节约计算在小负荷时容量大的变压器运行和增选小容量的变压器运行的功率损耗和损耗率的计算公式：mP=kmmP2+mP0（2-1）xP=kxxP2+xP0（2-2）mP%=mmPPP2100%（2-3）xP%=xxPPP2100%（2-4）式中凡是文字符号注脚下带“m”的，代表大容量变压器，带“x”的代表小容量变压器，其符号意义不变，以后相同。如mP、xP分别代表大容量和小容量变压器的功率损耗。在同一负载时，两台变压器负载系数的关系为NxNmmxSS（2-5）如把式（2-5）的x代入式（2-2）后，并以式（2-1）减式（2-2）可得出小负荷时小容量变压器运行比大容量变压器运行节约有功功率P为P=mP0-XP0+2m[kmP-2NxNmSSkxP]（2-6）变压器的无功功率消耗也可写成式（2-1）～（2-4）的形式，从而得出小容量变压器运行比大容量变压器节约无功功率为Q为4Q=mQ0-XQ0+2m[kmQ-2NxNmSSkxQ]（2-7）2．增选小容量变压器日用电量节约的计算原一台变压器全日运行，全日变压器有功电能损耗及损耗率的计算公式：RPIA=24mP0+kmiimiPT2412（2-8）RPIA%=RPIRRPIAAA100%（2-9）式中RPIA——一台变压器运行全日有功电能的损耗（kW·h）；iT——一台变压器在负载系数i的条件下运行的时间（h）；RPIA%——一台变压器运行全日的损耗率（%）；RA——全日负载电量（kW·h）。两台变压器全日交替运行，如每日大容量变压器运行mTh,相对小容量变压器运行xTh，（mT+xT=24），全日两台变压器的有功电能损耗和损耗率的计算公式：RPIIA=mTmP0+kmiTimiPTm12+xTxP0+kxiTixiPTx12（2-10）RPIIA%=RPIIRRPIIAAA100%（2-11）式中RPIIA——两台变压器交替运行全日有功电能的损耗（kW·h）；RPIIA%——两台变压器运行全日损耗率。把式（2-5）的x代入式（2-10），由式（2-8）及式子（2-10）可得出全日两台变压器交替运行比一台大容量运行变压器运行，全日电能的节约RPA公式为5RPA=xmxPPT00+mTimi12kxNxNmkmPSSP2（2-12）同理，变压器全日无功电能的消耗也可写成式（2-8）～式（2-12）的形式。并可得出相似于式（2-12）的全日无功电能的节约公式：RQA=xmxQQT00+xTimi12kxNxNmkmQSSQ2（2-13）3．变压器投资回收年限的计算对前面所讲的两种运行方式，通过技术经济比较，可以概略计算增加变压器投资的回收年限。增设小容量变压器运行全年节约的有功电能和无功电能PA（kW·h）、QA(kvar·h)可写成下列两式：PA=hTP=RTRPA（2-14）QA=QTh=RTRQA（2-15）式中hT——全年小容量变压器运行的小时数；RT——全年小容量变压器运行的日数。如全年电容器的运行时间按350日计算，则全年小时平均节约的无功功率为PQ。pQ=8400QA（2-16）如电容器的投资为cdZ（元/kvar）,则增设小容量变压器减少电容器总的投资CZ（元）为cZcdPZQ（2-17）增加小容量变压器的投资为XZ（元）和减少电容器的投资CZ之差Z（元）为Z=CXZZ（2-18）如每kW·h电的价格为dJ（元/kW·h），则每年节约电费dG（元）为dG=dPJA（2-19）6根据式（2-18）及式（2-19）可列出增选小容量变压器投资的回收年限BT（年）为dBGZT（2=20）回收年限是一个重要的技术经济数据，这个数据的选取决定于：当电力资源缺乏——强调节电时，回收年限就要取得长一些；当变压器制造材料缺乏——强调节约原材料时，回收年限就要短一些。所以，回收年限是体现国家技术政策的一项数据。就当前来说，计算结果小于5年，是合理的。回收年限是选择变压器经济运行方式的主要数据。4．案例分析某工厂由一台10/0.4kv，1000kVA变压器供电，一班8h生产，平均负荷765kW，cos2=0.85，其余的16h不生产，平均负载20kW，cos2=1,如何选取一台小容量变压器代替原变压器在小负荷时运行，下面作一分析:在满足小负载容量要求的前提下，应选择节电效果好和投资回收年限短的变压器。拟定对容量为20、30、40、50kVA变压器进行计算，并比较之。各变压器技术参数、节电及投资回报如表1-1、1-2所示。表1-1变压器技术参数表SN/KVA100020304050P0/KW4.50.1190.1560.1820.222PK/KW140.5960.8320.9731.128I0（%）5654.54UK（%）5.54444表1-2节电及投资回收数据表变压器/kVA20304050△△AP/(万kW·h)2.212.322.42.39△△AQ/(万kvar·h)28.128.12827.9△△QP/kvar343433.933.8ZX/元8000100001200014000ZC/元4420442044074394△Z/元3580558075939606Gd/元12597132241368013632TB/月3.55797由上述分析计算结果可得：选用20～50kVA变压器，虽然需要8000～14000元的投资，但由于每年节约有功电能2.4万kW·h无功电能28万kvar·h,其投资仅用3.5～9个月即可收回。本例从收回年限的条件选用20kVA变压器较为合适，但考虑到小区的负荷增长，选用40kVA变压器更为合适，这样有一定裕量，其节电效果更好。下面为增设小容量配电变后的一次主接线图及配电变的投切过程一次主接线图：10kV400VDLCDLBDLDDLA#1变压器#2变压器逻辑动作过程如下：正常运行时，1#变压器（容量大）和2#变压器（容量小）其中一台处于运行状态，另一台处于备用。上班提前5分钟（5分钟后用电负荷为1#变压器额定负荷），断路器DLB和DLA依次合闸，1#变压器投入运行；断路器DLC和DLD依次跳闸，2#变压器退出运行。同理，下班推迟5分钟（5分钟后用电负荷接近2#变压器额定负荷），断路器DLD和DLC依次合闸，2#变压器投入运行；断路器DLA和DLB依次跳闸，1#变压器退出运行。参考文献[1]周鹗．电机学[M]．北京：中国电力出版社，1995,46～56。[2]胡景生．变压器能效与节电技术[M]．北京：机械工业出版社，2007,158～162。8作者简介段军鹏，1983．1．18出生，现工作于楚雄供电局变电修试所，实习生，变电检修专业，擅长电网规划，大学期间，曾在王建兴教授的指导下完成《云南省电力支柱产业与高耗能产业的协调发展》论文的撰写。王建兴，副教授，原昆明理工大学电力工程学院副院长，主要从事电网规划研究，电话：[phone]，邮箱：[e-mail]。