變壓器最佳經(jīng)濟容量的計算 一、問題的引出在整個電力系統(tǒng)中，從發(fā)電直到最終用戶，通常要經(jīng)過35次變壓器的變壓傳遞。因此，在電力系統(tǒng)中，變壓器的總?cè)萘窟h遠超過發(fā)電機組和電動機的容量。變壓器在傳遞電能的過程中，本身要消耗有功功率和無功功率。據(jù)有關(guān)資料表明，變壓器的總電能損耗約占整個電力系統(tǒng)全部損失的27左右。因此，合理的、準確的計算確定變壓器最佳經(jīng)濟容量是降耗節(jié)能的手段之一。這里介紹變壓器在最佳經(jīng)濟運行條件下，如何準確計算最佳經(jīng)濟容量及計算實例。 二、變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù) (1)、空載電流（I0）空載電流（I0）主要是在變壓器中建立起工作磁通，并且維護一次繞組中的低量損耗，所以常把空載電流I0稱之為勵磁電流。其大小和鐵芯材質(zhì)、磁路的幾何尺寸及制造工藝等有關(guān)。銘牌所給的空載電流常用百分比表示。 (2)、空載損失（P0）空載電流I0在變壓器鐵芯中產(chǎn)生的交變磁通，由交變磁通引起渦流損失和磁滯損失。而且這兩種損失都是在空載條件下產(chǎn)生的，與負載大小無關(guān)，所以稱為空載損失（P0）又因其損失主要發(fā)生在鐵芯中，故又稱鐵損。它與鐵芯的材質(zhì)和制造工藝有關(guān)。 (3)、短路電壓（Uk）將變壓器2次繞組短路，一次繞組加電源電壓，使得二次繞組側(cè)達到額定電流時，在一次繞組兩端測出的電壓值，稱變壓器的短路電壓（Uk）。 (4)、短路損失（Pk）在額定空載條件下，其1次、2次繞組所產(chǎn)生的功率損失（稱銅損），由于它是在短路試驗方法取得的，所以稱短路損失。變壓器的損失和繞組的溫度有關(guān)，所以銘牌中給出的短路損失（Pk），系指在繞組溫度75時額定負載所產(chǎn)生的功率損失。 (5)、無功功率損失在空載電流I0標定時，等式兩邊同乘以額定電壓，可得出空載無功損失Q0 即：Q0I0Se102（21） 同理：在短路電壓Uk，兩邊同乘以額定電流后，便可得到負載無功損失Qk 即：QkUkSe102（22）以上各式均按國標單位計算。 三、變壓器容量的計算方法準確計算變壓器最佳經(jīng)濟容量，是一個與眾多因素有關(guān)的復(fù)雜課題，諸如負載的大小、狀態(tài)、性質(zhì)、變壓器的過載能力，及制造廠家的工藝水平，材料等等。在設(shè)計過程中考慮的出發(fā)點和要求不同時，選擇的容量大小也會產(chǎn)生差異。 (1)、常規(guī)方法根據(jù)電力工程設(shè)計手冊，變壓器容量應(yīng)根據(jù)計算負荷選擇，對平穩(wěn)負荷供電的單臺變壓器，負荷率一般取85左右。 即：=S/Se 式中：S計算負荷容量（kVA）；Se變壓器容量（kVA）；負荷率（通常取8090） (2)、按最大效率選擇根據(jù)電機學(xué)知識得知，當變壓器最高效率出現(xiàn)的負荷系數(shù)，稱之為最佳負荷系統(tǒng)。考慮變壓器長期在額定電壓下,不可能滿負載,為提高經(jīng)濟性,因此取ip0506。那么，當效率最高時，變壓負荷為S，則可利用下式求出變壓器的容量。 Scm=S/ip (3)、按最佳運行條件計算 1、基本思路。圖1給出了兩臺變壓器的損失曲線P01和P02，額定容量分別為Se1和Se2，且Se2Se1。從圖1可看出，當負荷為S1時，P01P02，則選擇容量為Se1的變壓器較為合理；若負荷為S2時，由于P02P01，則應(yīng)選擇容量為Se2的變壓器較為合理。如果這時負荷S等于SLp時，則無論選擇容量為Se1或者Se2都可以。其變壓器的功率損失都一樣。關(guān)鍵問題是如何確定SLP這個臨界容量？ 2、臨界容量SLP的確定。從圖1中得知，為確定臨界容量SLP，必須使兩臺變壓器在臨界容量SLP下?lián)p耗相等，并令SSLP，則有有功損耗最佳經(jīng)濟運行條件。 同理，無功損耗最佳經(jīng)濟運行條件為 臨界經(jīng)濟容量SLP（SLQ）的物理意義為：當負荷實際需用變壓器容量S1SLP時，應(yīng)選擇容量為Se1的變壓器；反之，當實際負荷所需的變壓器容量為S2SLP時，應(yīng)選擇容量為Se2的變壓器。如果在實際計算過程中，出現(xiàn)分別使用有功損耗臨界最佳經(jīng)濟運行條件和無功損耗最佳經(jīng)濟運行條件計算出的結(jié)果相互不一致時，則應(yīng)按綜合功率的臨界最佳經(jīng)濟條件SLZ來計算。 式中：P0空載有功損耗（kW）；Pk負載有功損耗（kW）；Q0空載無功損耗（kvar）；Qk負載無功損耗（kvar）；Se11變壓器額定容量（kVA）；Se22變壓器額定容量（kVA）；K無功經(jīng)濟容量當變壓器為110 kV，K取01。 四、實例計算我廠擁有一座110 kV63 kV配電站，系統(tǒng)內(nèi)有自備發(fā)電機組容量為25 MW。裝置總用電負荷為16 MVA。預(yù)計我廠在較長的時間內(nèi)，不會增加負荷。在正常的工況下，系統(tǒng)內(nèi)的cos09。 (1)、按常規(guī)設(shè)計計算根據(jù)三、(1)得知，對單臺主變壓器平穩(wěn)負荷，并且負載系數(shù)取085，則按（31）式計算有 又據(jù)計算的負荷Se以及變壓器產(chǎn)品樣本選擇如下型號：SFZ820000110 (2)、按最大效率選擇根據(jù)三、(2)得知，最佳負荷系數(shù)ip0506，取ip055，則采用式（33）計算求出此時變壓器的容量。根據(jù)計算結(jié)果，再查找變壓器產(chǎn)品樣本。應(yīng)選擇如下容量等級：SFZ831000110。上述兩種計算方法，其結(jié)果選擇的變壓器容量相差兩個容量等級。因此，還應(yīng)按最佳經(jīng)濟運行條件來進一步核算，選擇出一個較為合理的容量等級。 (3)、按最佳經(jīng)濟運行條件計算因為，在按常規(guī)設(shè)計方法和按最佳經(jīng)濟運行條件計算，其結(jié)果分別為20 MVA和31MVA容量等級。為了能保證配電系統(tǒng)今后有發(fā)展的余地，我們假設(shè)取25 MVA容量等級作為它們兩者之間參考容量。為了能有參考比較，在此分別列出20MVA和25 MVA容量等級的銘牌技術(shù)參數(shù)。并且根據(jù)式（21）和（22）分別計算出空載無功損失Q0和負載無功損失Qk。 SFZ820000110：P01235kW PK1104 kW I01090 Uk1105則：Q01I0Se1020920000102180 kvar QK1UkSe102105200001022 100 kvar SFZ825000110：P02270 kW PK21230 kW I02085 Uk2105則：Q02I0Se1022125 kvar Qk2UkSe102105250001022 625 kvar分別根據(jù)有功損失的臨界容量SLQ；無功損失的臨界容量SLQ；及綜合功率的臨界容量SLZ最佳經(jīng)濟運行條件進行驗算，最后確定哪個具體的容量等級的變壓器最適合于配電系統(tǒng)。根據(jù)式（35）有功損失最佳經(jīng)濟運行條件計算SLP。根據(jù)式（36）無功損失的最佳經(jīng)濟運行條件計算SLQ。 再根據(jù)綜合功率損失的最佳經(jīng)濟運行條件來計算SLZ。 按照三、(3)及圖1和臨界經(jīng)濟容量的物理意義得知。因為SFZ820000110的容量小于SFZ825000110容量，并且知道變壓器的負荷S分別大于SLP、SLQ和SLZ。因此，按照三、(3)可判斷采用SFZ825000110等級容量的變壓器是一個較為經(jīng)濟的容量等級。 五、比較 通過以上實例計算，按照不同的方法和思路計算出所需變壓器容量的大小差異比較大，這樣一來給設(shè)計者選擇一臺最佳經(jīng)濟容量的變壓器造成一定的困難。只有通過對有關(guān)最佳經(jīng)濟運行條件進行進一步的驗算，才能比較合理的選擇滿足負荷條件下的最佳經(jīng)濟容量。如果我們初步根據(jù)常用設(shè)計方法，選擇了SFZ820000110和SFZ825000110兩個容量等級的變壓器。對這兩臺不同容量的變壓器的有功損失的大小進一步驗算，選擇一臺有功損失比較小的那個容量等級變壓器更為經(jīng)濟合算。 根據(jù)式（34）分別算出變壓器的功率損故在本例中應(yīng)