浅谈变压器的经济运行

兰州石化电仪事业部职称评审论文-1-浅谈变压器的经济运行兰州石化电仪事业部许志军（甘肃兰州730060）变压器作为电力系统运行的主要设备之一，在电力系统中应用广泛，其经济运行效率直接影响到电力系统的成本和效益。在变换电压及传递功率的过程中，自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗，同时又随着负载的变化而产生非线性的变化，变压器的损耗在电网中的线损所占的比例较大，尤其是轻负荷时占的比例更大。我国所有变压器损耗的电能占全国总发电量的4％以上，电网中配电变压器的损耗约占线路损耗的3O％。因此，必须根据变压器的有关技术参数，合理地选择变压器的负载率和运行方式，加强变压器的运行管理，降低变压器的运行损耗。充分利用现有的设备条件，以达到节约电能的目的。综合功率损耗是变压器消耗的有功功率损耗和无功功率损耗之和，变压器综合功率损耗经济运行是立足于电力系统总体的最佳节电方法。通过变压器的经济运行理论来分析变压器的有功功率损耗，确定其经济运行方式。变压器运行是指在传输电量相同的条件下，通过择优选取最佳运行方式和调整负载，使变压器电能损失最低。换言之，经济运行就是充分发挥变压器效能，合理地选择运行方式，从而降低用电单耗。所以，变压器经济运行无需投资，只要加强供、用电管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。下面是电力变压器的示意图：兰州石化电仪事业部职称评审论文-2-1变压器的基本常识：1.1变压器的作用在传输和分配电能过程中是离不开变压器的，当远距离输送电能时，如果传输的功率一定，则电压愈高，电流就愈小。而减少电流既可以减少传输电能时在线路中的电能和电压损失，又可以减小导线截面，降低线路的建设投资。变压器是一种静止的电气设备。电力变压器在系统中工作时，可以将电能由它的一次侧经电磁能量的转换传输到二次侧，同时根据输配电的需要将电压变高或变低。变压器在变换电压时，是在同一频率下使其二次侧与一次侧具有不同的电压和不同的电流。由于能量守恒的缘故，其二次侧与一次侧的电流与电压的变化是相反的，即要使某一侧电路的电压升高时，则该侧的电流就必然减小；反之，当电压降低时电流就一定增大。变压器并不可能将电能的量变大或变小。在电力的转变过程中，因为变压器本身要消耗一定能量，因此输入变压器的总能量，应等于输出的能量加上变压器本身消耗的能量。由于变压器无旋转部分，工作时没有机械损耗，而且新产品在设计和结构、工艺等方面采取了多项节能的措施，所以它的工作效率很高。通常，中小型变压器的效率不低于95％，大容量变压器的效率则可达98％以上。1.2变压器的工作原理变压器是基于电磁感应原理而工作的。正是因为它的工作原理以及工作时内部的电磁过程与电机完全相同，因此将它划为电机一类，仅是旋转速度为零而已。变压器本体主要由绕组和铁芯组成。工作时，绕组是“电”的通路，而铁芯则是“磁”的通路。一次侧输入电能后，因其交变电流在铁芯内产生交变的磁场(即由电能变成磁场能)；由于匝链，二次绕组的磁力线在不断地交替变化，所以感应出二次电动势，当外电路接通时，则产生了感应电流，向外输出电能(即由磁场能又转变成电能)。这种“电一磁一电”的转换过程是建立在电磁感应原理基兰州石化电仪事业部职称评审论文-3-础上而实现的，这种能量转换过程也就是变压器的工作过程。1.3变压器的结构变压器的结构如下图所示。其各部件的作用如下：变压器结构示意图1一高压套管；2一分接开关；3一低压套管；4一气体继电器；5一安全气道(防爆管)；6一油枕(储油柜)；7一油表；8一呼吸器(吸湿器)；9一散热器；10－铭牌；11一接地螺栓；12一油样活门；13一放油阀门；14－活门；15－绕组(线圈)；16－信号温度计；17－铁芯；18－净油器；19－油箱；20－变压器油(一)铁芯变压器的最基本组成部件，用于构成变压器的闭合磁路，变压器的一次、二次绕组绕在其上。铁芯从形式上分为内铁式(变压器的一次、二次线圈围住铁芯柱)和外铁式(铁芯柱围住变压器的一次、二次线圈)，由铁芯柱和铁轭组成。为减少磁滞损耗和涡流损耗，变压器铁芯采用0.35～0.5mm的硅钢片叠成。为防止直接短路，硅钢片两面均涂有较薄的绝缘漆。为防止因电磁感应在铁芯上产生悬浮电位，铁芯在运行中必须接地，但必须避免造成两点接地。为便于检查接地情况，大、中型变压器将铁芯及夹件接地经接地套管引至变压器外。(二)线圈线圈是变压器的电路部分，用纸包或纱包的绝缘扁线或圆线绕成。从一、二次绕组之间的相对位置来讲，变压器线圈可分为同心式和交迭式两类。同心式线圈的高压、低压线圈同心地套装在铁芯柱上。为了便于绝缘，一般低压线圈靠近铁芯，高压线圈套装在低压线圈的外面。交迭式线圈都做成饼式，兰州石化电仪事业部职称评审论文-4-高、低压线圈互相交迭放置。为了降低绝缘距离，通常靠近铁轭处放置低压线圈。因同心式线圈结构简单、制造方便，国产电力变压器均采用这种结构。同心式线圈可分为圆筒式、螺旋式和连续式等几种基本形式。圆筒式线圈是最简单的一种形式，一般用于每柱容量为210kVA及以下的变压器中。螺旋式线圈主要用于800kVA及以下、35kV及以下的变压器，该线圈电流较大，匝数较少。连续式线圈主要用于630～1000kVA变压器的高压线圈或10000kVA以上的低压线圈。连续式线圈由单根或多根并联扁线，分若干线饼绕成。．变压器线圈的导线过去均采用铜线。近年来，国内生产的中小型系列变压器已开始采用铝线线圈。(三)净油器用来改善运行中变压器的绝缘油特性，防止绝缘油老化的装置。它利用变压器上下部的油温差形成的油循环，从绝缘油中清除数量不大的一些水、渣、酸和氧化物。净油器中的吸附剂是硅胶或活性氧化铝。(四)油枕油枕也称储油柜，安装在变压器的顶端，其容量为油箱容积的8％～10％，与本体之间有管路相连，其作用有调节变压器油量，保证变压器内始终充满变压器油；减少油和空气的接触，防止变压器油的过快老化和受潮。油枕分为通用型和胶囊式。(五)防爆管一安全气道当变压器内部发生短路或严重对地放电时，变压器油箱内部的压力将急剧增高。为防止变压器油箱发生爆炸，高压油和气体通过防爆管冲破防爆膜向外喷出，迅速释放变压器的内部压力。《变压器运行规程》规定，8000kVA及以上的变压器均需安装防爆管。防爆管分为通气式和密封式两类。现在大、中型变压器已广泛采用压力释放阀。(六)油箱油箱是变压器的外壳，其内部装设变压器器身并注满变压器油。油箱一般分为平顶式和拱顶式(即钟罩式)。(1)平顶式。箱盖是椭圆平板型，器身与箱盖一体，变压器内部检查时需吊兰州石化电仪事业部职称评审论文-5-芯进行。一般用于中小型变压器。(2)拱顶式。分为上、下两节油箱，上节为拱形，下节为平板式放置变压器器身。变压器进行内部检查时，只需要吊罩，一般用于大型变压器。拱顶式油箱制造工艺比较复杂，在变压器顶部工作时不方便。(七)变压器油变压器油是石油分馏时的产物，280～3500C的石油分馏物，主要成分是烷族和环烷族碳氢化合物。变压器油的作用有以下几种：(1)绝缘作用，用于相间、层间和主绝缘；(2)作为冷却介质；(3)使设备与空气隔绝，防止发生氧化受潮，降低绝缘能力。(八)出线装置将变压器绕组的引线从油箱内引出，使引出线穿过油箱时与接地的油箱之间保持一定的绝缘，并固定引出线。变压器的出线装置一般采用绝缘套管，分为纯瓷式、充油式和电容式套管。1kV以下的套管采用纯瓷式，10～35kV采用空心充气或充油式套管，110kV及以上采用电容式套管。(九)冷却装置由于变压器运行中铁芯、绕组将产生一定的热量，将使变压器油的温度升高、比重降低，形成油的自循环，将铁芯、绕组的热量带走。冷却装置是利用变压器油的自循环，采用有效的方法，加快油的循环速度，使热量更快地散发到空气中的装置。变压器冷却装置按照冷却方式可以分为：自冷式、风冷式、强迫油循环式，其中强迫油循环式又可分为：风冷、水冷、导向式风冷。(十)温度计温度计的作用为用来测量变压器上层油温，监视变压器的运行状态。常用的温度计分为水银式、压力式和电阻式等3种。水银式应用于小型变压器上。压力式温度计也叫信号式温度计，因采用一只弹簧管式压力计而得名。基于密封的测温系统内蒸发液体的饱和蒸气压力和温度之间的变化关系而设计，由测温装置、压力指示、毛细管和氯甲烷液体组成。带有可调节的上下限接点，根据兰州石化电仪事业部职称评审论文-6-需要可以发出信号或控制冷却装置。电阻式主要用于大型变压器的远方测温装置。(十一)吸湿器吸湿器又叫呼吸器。当油枕随变压器油的体积膨胀或缩小，呼出或吸入空气时，气体需经过吸湿器。吸湿器中的吸湿剂和底部的油封吸收空气中的水分和杂质，对空气进行过滤，从而避免变压器油受潮和氧化。吸湿剂俗称硅胶，分为可变色和不变色两种。可变色的是浸氯化钻硅胶，正常时为天蓝色，吸湿后变为红色；不变色的采用白色的活性氧化铝。(十二)绝缘材料变压器的绝缘可分为内、外绝缘。内绝缘是指变压器油箱中各部件的绝缘；外绝缘是指变压器套管上部对地和套管之间的绝缘。变压器内绝缘常用绝缘材料有变压器油、电缆纸、绝缘纸板、酚醛压制品、环氧制品、电瓷、黄蜡管、黄蜡绸、木材、布带和绝缘漆等。2变压器的技术参数2.1空载电流空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。当变压器二次侧开路，在一次侧加电压U1e时，一次侧要产生电流Io——空载电流。通常ZmZ1，则Z1可以忽略。Io=U1e/（Z1+Zm）Z1——变压器一次阻抗Zm——变压器激磁阻抗2.2空载损失由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯的电阻成反比。磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热，其损失大小由磁滞回线决定。2.3短路电压（短路阻抗）短路电压是指在进行短路试验时，当绕组中的电流达到额定值，则加在一次侧的电压。Uk%=Uk/U1e*100%兰州石化电仪事业部职称评审论文-7-从运行性能考虑，要求变压器的阻抗电压小一些，即变压器总的漏阻抗电压小一些，使二次侧电压波动受负载变化小些；但从限制变压器短路电流的角度，阻抗电压应大一些。2.4短路损失短路损失Pk是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失（亦铜损）。变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关，变压器铭牌规定的Pk值，指绕组温度为75℃时额定负载产生的功率损失。3科学管理和变压器的经济运行3.1变压器制造和经济运行变压器经济运行不仅取决于经济运行方式，同时更取决于变压器的制造水平。按变压器经常负载大致可以分为四种情况：一是经常处于满载或接近满载运行的变压器；二是经常处于多半载运行的变压器；三是经常处于少半载运行的变压器；四是经常处于轻载或空载运行的变压器。3.2变压器更新和经济运行设备更新的目的不单纯是消除其有形磨损，更是为了消除其无形磨损。只有不断更新的途径才能从根本上使设备损耗降低、效率提高，改善技术落后状况。更新变压器必然会带来有功电量和无功电量的节约。但要增加投资，这里也存在一个回收年限的问题。变压器不是损坏后才更新，而是老化到一定程度，还要有一定剩值时就可以更新。变压器厂家对各种不同型式、不同容量的变压器的使用寿命都有规定，一般为20年。使用单位按这一规定年限提取设备折旧费，并进行变压器更新。3.3技术管理和经济运行1.减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗。2.在安全条件的允许下，对于变比小于2的变压器，尽量采用自耦变压器。自耦变压器和同容量的两线圈的变压器相比，有功和无功损耗要减小很多。3.不同的功率因数引起的变压器有功和无功消耗也不同，即随着功率因数的提高，变压器的有功和无功消耗都要下降。因此，应尽量提高功率因数，降低变压器的无功功率。4.变压器绕组的电阻随着温度增高而增大。对同一台变压器在同一负载下，如果温度越低，损耗也越低。因此，应作好变压器散热，降低变压器的温度。兰州石化电仪事业部职称评审论文-8-4变压器的负载与损耗的关系电力变压器的有功功率损耗包含变压器空载损耗和变压器负载损耗两部分，在一定的负载下，变压器的有功功率损耗可用下式表