科技信息 ０电力与能源０ ２０１０年第１７期 １０ｋＶ供电系统中变压器的经济运行研究 肖洪流 （湖南化工职业技术学院湖南【摘株洲４１２００４） 要】变压器电压分接头经济运行是１０ｋＶ供电系统的一项非常实用的不需任何投资的节电技术，不仅对变压器有节电效果，而且对 风机、水泵类负栽节电潜力更大。 【关键词】１０ＫＶ供电系统；经济运行；节电 １０ｋＶ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ＸＩＡＯ Ｈｏｎｇ－ｌｉｕ （Ｈｕｎａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｕｚｈｏｕ Ｈｕｎａｎ，４１２Ｏ０４） 【Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔａｐ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆ １０ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｕｓｅｆｕｌ ｗｉｔｈｏｕｔ ａｎｙ ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｉｎ ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｔｒｎｓｆａｏｒｍｅｒ ｏｆ ｅｎｅｒｙ－ｓｇａｖｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｆｏｒ ｆａｎｓ，ｐｕｍｐｓ ｅｖｅｎ ｇｒｅａｔｅｒ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｓａｖｉｎｇ ｃｌａｓｓ ｌｏａｄ． 【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ】１０ｋＶ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｓｙｓｔｅｍ；Ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ 随着国民经济的高速发展，我国从１９９７年开始全年的发电量与 用电量均居世界第二位，由于变压器总台数多，总容量大，在广义电力 系统（包括发、供、用电）运行中，变压器总的电能损耗约占发电量１０％ Ｐ 一变压器空载损耗 ＰＫ一变压器负载损耗 令△ ＝△ 求解，则可得出变压器有功功率损耗最小的运行电 的计 左右，所以，研究变压器的经济运行对挖掘节电潜力意义重大。对企业 压分接头ａ与ｂ之间的有功功率经济运行的临界负载系数 来说，一般比较重视电气设备的节电改造，而容易忽视１０ｋＶ供电系统 算式为： 经济运行优化节电。其实该节电技术是充分利用和挖掘供用电现有设 Ｕｌ×备条件及节电潜力，用科学理论的定量计算进行择优汰劣实现最佳组 面合，从而达到节电降耗的目的。不需投资而且节电不小，值得推广。 式中 变压器有功功率经济负载系数 下面以某玻璃厂一条５００吨浮法玻璃线为例来说明其功效。它的 ２．２按变压器无功功率消耗最小的优化计算式 年均耗电为２０００万度电以上．其中电能约占玻璃成本的３０％左右。 同理可导出无功消耗的公式： 惰＝面Ｕ１ （１－３） （２－１） （２－２） １ 浮法玻璃１ＯｋＶ供电系统及负荷情况介绍 目前，浮法玻璃生产线中一般为了满足供电容量和保证供电可靠 性及供电系统要尽量接近负荷中心的选择原则将１０ｋＶ供电系统放在 浮法玻璃主线上三个（或者三个以上）不同的地方即三大块：窑头变电 所（有２台１０／０．４ｋＶ、８００ｋＶＡ变压器，有三个电压分接头±５％，变压器 △ （ ） （静） △ －（ ） （鲁） 无功功率经济运行的临界负载系数 Ｕ１的计算式为： 技术参数Ｐｏ＝１．５４ｋＷ、ＰＫ＝９．９ｋＷ、１０％＝１．７、ＵＫ％＝４．５，正常生产时负载率 口 ：２５％）、原料变电所（有２台１０／０．４ｋＶ、８００ｋＶＡ变压器，有三个电压 分接头±５％，变压器技术参数Ｐｎ＝１．５４ｋＷ、ＰＫ＝９．９ｋＷ、Ｉｏ％＝１．７、ＵＫ％＝ ４．５，正常生产时负载率／￣＝ｉｏｏ％）、联合变配电所（１ＯｋＶ高压配电系统 变压器电源侧平均电压ｕ。＝９．５５ｋＶ，习惯上变压器电压分接头在分接 头Ⅲ运行、４台变压器，其中有２台１０／０．４ｋＶ、１２５０ｋＶＡ变压器，有三个 电压分接头±５％，变压器技术参数Ｐｎ＝２．２ｋＷ、Ｐｋ＝１３．８ｋＷ、１０％＝１．４、 ＵＫ％＝４．５，正常生产时负载率３３＝２０％；有２台１０／０．４ｋＶ、１６００ｋＶＡ变压 器，有三个电压分接头±５％，变压器技术参数Ｐｏ＝２．６５ｋｗ、ＰＫ＝ｌ６．５ｋＷ、 Ｉ ＝１．３、ＵＫ％－－４．５，正常生产时停运）。 面式中 × ＝面Ｕ１ （２－－３） 变压器无功功率经济负载系数 ２．３有三个电压分接头变压器经济运行区间的划分 三个电压分接头为ＵｌＮ（１＋±５％）：Ｕ Ｉ＝１．０５Ｕ ＵⅡ＝ＵｌＮ、Ｕ ｍ＝ ０．９５ＵｌＮ。 按式（１—３）、式（２—３）可绘制出下表 三个电压分接头的有功、无功功率经济运行区间 项目 Ｉ 分接头 Ⅱ ＩＩＩ ２ 电压分接头经济运行对变压器的节电效果 变压器运行电压分接头的经济运行节电技术，就是在满足以下两 个基本条件的基础上：１）满足变压器负载侧对供电电压的需求；２）满 ８∞ ０一 ”霓 四 １ 口叫 ｏｎ 蟠 氏 髓 １ 足变压器运行电压分接头的选择应符合《变压器运行规程》规定（即电 ４功率节约的计算式如果电压分接头ａ运行比分接头ｂ运行优． 压分接头的选择应满足电源侧的电压对分接头的电压在±１Ｏ％的范围 ２．变化）。再根据变压器运行中电源侧电压变化范围和负载侧运行工况 则把式（１—１）减去式（１—２）可得出节约的有功功率△△Ｐ（Ｋｗ）的计算 负载的大小，来选取变压器损耗最小的电压分接头。不仅能降低变压 式为：器损耗，而且也能大幅度降低风机、泵类用电设备的有功损耗，其节电 △△Ｐ＝旦 Ｐ０＋ 效果与经济效果显著。 Ｕ。 ２．１按变压器有功功率损耗最小的优化计算式 同理可导出节约的无功功率△△Ｏ（Ｋｖａｒ）的计算式为： 设变压器在分接头ａ和ｂ分别运行时，其有功功率损耗△Ｐａ（ＫＷ）、 ＡＰｂ（ＫＷ）￣两个计算式为： Ａ ＡＯ： 甜 触２ ，．．、一（４－－１） ２ （４－－２） △ （ ＵＩ） （ Ｕａ）ＰＫ２ ｒ～、，、（１－１） （１－２） 节约的综合功率△△Ｐｚ（ＫＷ）的计算式为： △ＡＰｚ＝ＡＡＰ＋ＫｑＡＡｔ，＋ Ｐ△ＡＰ （４—３） ｒ，、２ ＡＰ：（ ＵＩ） 《 ） 式中Ｕ。一变压器电源侧运行电压（ＫＶ） 式中Ｋ０＝０．１、Ｋｐ＝０．２ ２．５ 电能节约的计算式若经济运行时间 ，则经济运行方式比原 Ｕ 、ｕ广分别为分接头ａ和ｂ的电压（ＫＶ） 口一变压器负载系数 运行方式节约的有功电能△△Ａ，（ｋＷ．ｈ）、无功电能△△Ａ。（ｋＶａｒ．ｈ）和 综合电能△△Ａ ｋＷ－ｈ）的计算式为： ４０７ ２０１０年第１７期 。电力与能源。 科技信息 ＡＡＡｅ＝ △ａＰ （５—１） 表６—６ △△Ａ △△毋 （５—２） 联合变配电所１２５０ＫＶＡ变压器Ｉ档经济运行的节电效果 ＡＡＡｚ＝ ａａＰｚ （５—３） 式中一年时间ＴＦ８７６０ｈ 有功功率 无功功率 综合功率 有功电能 无功电能 综合电能 ２．６实例计算 △△Ｐ △△０ △△ △△ △△ △△Ａｚ １、根据式（１—３）、式（２—３）分别计算出Ｕ。＝９．５５ＫＶ时各变配电所 （ｋＷ） （ｋＶａｒ） （ｋＷ） （ｋＷｈ） （ＫＶａｒ．ｈ） （ＫＷ．ｈ） 变压器有功、无功临界负载系数，得出如下经济运行区间表６—１、６— Ｏ．２８ １．７４ ０．５ｌ ２４５３ １５２４２ ４４６８ ２、６～３、６—４。 表６—１ 窑头变电所８００ｋｖＡ变压器经济运行区间 ３ 电压分接头经济运行对风机、水泵类负载的节电效果 三个电压分接头的有功、无功功率经济运行区间 ３．１运行电压变化对三相异步电动机的影响 由《工厂供用电实用 分接头 项目 手册》可知运行电压变化时，对三相异步电动机的影响如下表 Ｊ Ⅱ Ⅲ 偏差状况 电压变动 备注 晶肝 ０ Ｏ．３４３ ０．３４３￣０．３７９ ０－３７９—１ 项目 ９０％Ｕｗ １１０％ＵＨ （与电压的关系） 口 ０ Ｏ．５３５ ０．５３５—０．５９１ ０．５９１ １ 【启动转矩 一１９％ ＋１２％ 与ｕｚ成正比 由正常生产时负载率 ＝２５％和表中数据得出窑头变电所 Ｉ同步转矩 不变 不变 无关 ８００ｋＶＡ变压器电压分接头应在Ｉ档为最佳运行。 转差率Ｓ ＋２３％ －１７％ 与Ｕｚ成反比 表６—２原料变电所８００ｋＶＡ变压器经济运行区间 转速 一１．５％ ＋ｌ％ 三个电压分接头的有功、无功功率经济运行区间 启动电流 一（１０一ｌ２）％ ＋（１ｏ－１２）％ 与Ｕ成正比 分接头 项目 Ｉ Ⅱ Ⅲ ３．２电压变化情况电压分接头由Ⅲ档变为Ｉ档时，变压器负载侧 电压下降１０％。即三相异步电动机运行电压为９０％Ｕ ，转速下降 口Ｌ＂ ０ Ｏ．３４３ ０．３４３ Ｏ．３７９ ０．３７９ １ １．５％。 ｕＰ Ｏ ０．５３５ ０．５３５ Ｏ．５９１ ０．５９１ １ ３．３风机和水泵的负载特性风机和水泵属于二方律转矩负载。此 类负载有一个非常明显的共同特点，那就是机械轴功率随着转速的下 由正常生产时负载率 ＝１００％和表中数据得出原料变电所 而急剧降低。即功率变化之比与转速变化之比的立方成正比。 Ｐ ＝ ８００ｋＶＡ变压器电压分接头应在Ⅲ档为最佳运行。 （ｎ＃ｎｌＰｏ 表６—３联合变配电所１２５０ｋｖＡ变压器经济运行区间 ３．４节电效果 一三个电压分接头的有功、无功功率经济运行区间 般５００吨浮法玻璃线中风机和水泵总的功率Ｐ。＝５００ｋＷ Ｐ Ｐｌ＝（ｎ ｎ】）。＝（１—１．５％） ９５．５％ 分接头 △ＡＰ＝－ｐｌ—Ｐ２＝４．５％Ｐｌ＝２２．５ｋＷ 项目 Ｉ Ⅱ Ⅲ △△Ａｅ＝乃△ａＰ＝８７６０ｘ２２．５＝１９７１Ｏ０ｋＷｈ Ｏ∽Ｏ．３４７ ０．３４７￣０．３８３ ０．３８３ １ ４结语 晶 ０ Ｏ．４８５ ０．４８５”０．５３６ ０．５３６ １ 综上所述，习惯上对变压器运行电压分接头的选取，是根据实际 运行电压Ｕｌ值接近电压分接头ＵＸ来选取。但通过对电压分接头经 由正常生产时负载率岛＝２０％和表中数据得出联合变配电所 济运行定量计算，进行优选的结果恰恰相反，这是因为要充分考虑工 １２５０ＫＶＡ变压器电压分接头应在Ｉ档为最佳运行。 况负载大小的不同。例如：经济运行区间表６—１、６—３中由于工况负 表６—４联合变配电所１６００ｋＶＡ变压器经济运行区间 载小 ｌ＝２５％ ３＝２０％），得出窑头变电所８００ｋＶＡ、联合变配电所 三个电压分接头的有功、无功功率经济运行区间 １２５０ｋＶＡ变压器电压分接头应由Ⅲ档优选在Ｉ档才为最佳运行。经济 分接头 运行区间表６—２中由于工况负载大（岛＝１ｏｏ％），得出原料变电所 项目 ８ＯｏｋｖＡ变压器电压分接头在Ⅲ档就为最佳运行。由此可见，变压器电 Ｉ Ⅱ Ⅲ 压分接头的优化选择，使该玻璃企业全年可节约综合电能３３２９＋ 口 ０ ０．３４７ ０．３４７￣０．３８４ ０．３８４ １ ４４６８＋１９７１００＝２０４８９７ｋＷｈ。既符合《变压器运行规程》规定的运行电压 届ⅡＰ ０ ０．４６７ ０．４６７ ０．５１６ ０．５１６ １ 在±１０％范围内变化。又能挖出节电潜力。对其它用电量大的企业来说， 通过精确计算，优选变压器的最佳电压分接头，实现变压器的经济运行 ２、根据式（４～１）、式（４—２）、式（４—３）、式（５—１）、式（５—２）、式 可产生更大的节电效益。ｌ （５—３）分别计算出Ｕ ＝９．５５ｋＶ时窑头变电所８００ｋＶＡ、联合变配电所 １２５０ｋＶＡ变压器电压分接头在Ｉ档经济运行优于原先Ⅲ档运行的节 【参考文献】 电效果表６—５、６～６。 ［１］变压器能效与经济运行．电力出版社，２００９． 表６—５ ［２］工厂供用电实用手册． 窑头变电所８０ｏＫｖＡ变压器Ｉ档经济运行的节电效果 作者简介：肖洪流（１９６７一），男，电气工程高级工程师，研究方向为供配电 有功功率 无功功率 综合功率 有功电能 无功电能 综合电能 系统经济运行、ＰＬＣ与变频器的应用。 △△ｊｐ △△０ △△ △△ △△ △△Ａ ［责任编辑：翟成梁】 （ｋｗ） （ｋｖａｒ） （ｋｗ） （ｋｗ．ｈ） （ｋｖ ．ｈ） （ｋｗ．ｈ】 ０．１５ ２ ０－３８ ｌ３１４ １７５２０ ３３２９ 加８
