论变压器经济运行

论变压器经济运行

1.绪论

变压器经济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、用电科学管理，即可达到节电和提高功率因数的目的。

2.概述

2.1变压器的技术参数

2.1.1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Zm»Z1，则Z1可以忽略。

Io=U1e/（Z1+Zm）（2-1）

Z1---变压器一次阻抗

Zm---变压器激磁阻抗

2.1.2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。

2.1.3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%（2-2）

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影响小些；但从限制变压器短路电流的角度，阻抗电压应大一些。

2.1.4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。

2.2变压器存在经济运行的因素

2.2.1变压器间技术参数存在差异

每台变压器都存在有功功率的空载损失和短路损失，及无功功率的空载消耗和额定负载消耗。因变压器的容量、电压等级、铁芯材质不同，所以上述参数各不相同。因此变压器经济运行就是选择参数好的变压器和最佳组合参数的变压器的运行方式运行。

2.2.2变压器有功功率损失和损失率的负载特性

变压器功率损失ΔP（千瓦）、效率η（%）和损失率ΔP%（%）的计算公式： ΔP=Po+2Pk（2-3）

η=P2/P1=Secosφ/(Secosφ+Po+2Pk)*100（2-4）

ΔP%=ΔP/P1*100%=(Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100%（2-5）

=I2/I2e=P2/Secosφ（2-6）

P1---变压器电源侧输入的功率

P2---变压器负载侧输出的功率

cosφ---负载功率因数

---负载系数

I2---变压器二次侧负载电流

I2e---变压器二次侧额定电流

由上图可知变压器损失率ΔP%是变压器负载系数的二次函数，ΔP%先随着的增大而下降，当负载系数等于

jp=（Po/Pk）1/2（2-7）

时即铜损等于铁损。然后ΔP%又随着增大而上升。jp是最小损失率ΔP%的负载系数，称为有功经济负载系数。所以，当固定变压器运行时，可通过调整负荷来降低ΔP%。

2.2.3变压器无功功率消耗和消耗率的负载特性

变压器无功功率消耗ΔQ的基本公式为：

ΔQ=Q0+2Qk（2-8）

为衡量变压器传输单位有功功率时消耗的无功功率，便提出无功消耗率的公式： ΔQ%=ΔQ/Q1*100%（2-9）

2.3变压器无功功率的经济运行

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。在变压器传输功率时其无功损耗远大于有功损失。因此，在分析变压器经济运行时，无功消耗和有功损失都要最小。

在额定负载条件下，变压器的无功功率消耗和有功功率损失之比为：

Kxr=ΔQe/ΔPe=(Q0+Qk)/(P0+Pk)（2-10）

Kxr=[（I0+Ie）2Xm+Xk]/[（I0+Ie）2rm+rk]（2-11）

Kxr---阻抗比

ΔQe、ΔPe---变压器自身无功消耗和有功损失

Xm、rm---变压器励磁回路感抗和电阻

Xk---变压器额定负载下的漏磁感抗和

rk---变压器短路电阻

Kxr变压器总的电抗和总的电阻之比，其值大小代表变压器感性强度。阻抗比和变压器的容量有关，容量在560~7500KVA之间，Kxr≈5~10。

变压器空载功率因数公式为：

cosΦ0=P0/S0（2-12）

由于变压器是个感性负载，其空载功率因数很低，一般变化范围为cosΦ0=0.05~0.2。变压器容量越大，cosΦ0越小。

2.4变压器技术特性优劣的分析和计算

变压器技术特性优劣的分析和计算是分析计算变压器经济运行的基础。在有些情况下可以直观的区分变压器技术特性的优劣。但在某些情况下，特别是对容量不同的变压器，其技术特性的优劣要通过判定公式计算后才能计算。

2.4.1容量相同的变压器技术特性优劣的判定

若有A、B两台容量相同的变压器，其参数为：PAO、PAK、IA0%、UAK%、PBO、PBK、IB0%、UBK%，每台变压器功率损失率计算公式同（2-3）式。当ΔPA=ΔPB时，可解得有功临界负载系数L：

L=[（PAO–PBO）/（PBK–PAK）]1/2（2–13）

2.4.1.1若PAO

2.4.1.2若PAOPBK，PAO+PBO1。ΔPA=f()与ΔPB2=f

()交于图2-2（a）中的A点，此时变压器A优于B。此种情况下，只有变压器B满载以后时，变压器B才优于变压器A。在实际运行中，L>1时没有实际意义。

2.4.1.3若PAOPBK，PAO+PBO>PAK+PBK，解得LL时变压器B优于A。

2.4.1.4若PAO=PBO及PAK

2.4.1.5若PAO

2.4.1.6若PAO=PBO及PAK=PBK，解得L=0/0（不定式）。在图2-2（b）中ΔPA=f()与ΔPB6=f()是同一条曲线。

我公司新厂区2#主变P2O=18.45,P2K=88.56；3#主变P3O=18.44，P3K=8.67。PAOPBK，PAO+PBO1。属于第二种情况。

同理也可推导出按无功功率和按综合功率经济运行，两台变压器间的临界负载系数LQ和LZ：

L=[（QAO–QBO）/（QBK–QAK）]1/2（2–14）

L={[PAO–PBO+KQ（QAO–QBO）]/[PBK–PAK+KQ（QBK–QAK）]}1/2（2–15）

2.4.2容量不同的变压器技术特性优劣的判定

如果两台变压器的容量SDe

ΔPD=PDO+（S/SDe）2PDK（2–16）

ΔPX=PXO+（S/SXe）2PXK（2–17）

SL=[（PDO–PXO）/（PXK/SXe–PDK/SDe）]1/2（2–18）

其分析过程与容量相同的变压器特性分析相同，不作具体分析。

3.变电所变压器的经济运行

3.1容量相同、短路电压相同的变压器并列经济运行方式

容量相同、短路电压相同，也就是说，在多台变压器并列运行时，认为负载分配是均匀的、相等的。短路电压相接近的条件是变压器间的短路电压差值ΔUK%应满足下式要求： ΔUK%=（ΔUDK%-ΔUXK%）/ΔUPK%*100%＜5%（3–1）

ΔUK%---变压器最大短路电压

ΔUXK%---变压器最小短路电压

ΔUP%---并列运行方式中全部变压器短路电压的算术平均值

沈鼓集团中央变电所设置3台主变，容量为5000KVA，其中2#和3#主变并列运行供6300KW电机试车。如果试车产品为3200KW及以下电机拖动试车2#和3#主变任意一台即可满足生产要求。2#主变ΔUK2%=5.64%，3#主变ΔUK3%=5.52%。根据（3–1）式可得： ΔUK%=（5.64-5.52）/5.56*100%=2.15%＜5%

因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。

沈鼓集团新厂区中央变电所设置3台主变，容量为20000KVA，其中2#和3#主变并列运行供30000KW电机试车。2#主变ΔUK2%=8.76%，3#主变ΔUK3%=8.67%。根据（3–1）式可得：

ΔUK%=（8.76-8.67）/8.70*100%=0.6%＜5%

因此，2#和3#主变满足并列运行的短路电压差值的要求。

3.1.1相同台数并列的运行方式

3.1.1.1两台变压器并列运行

两台变压器A、B并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为两台之和： ΔP0=PA0+PB0（3–2）

ΔPK=PAK+PBK（3–3）

如有AB及CD两种两台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：

ΔPAB=PAB0+2PABK（3–4）

ΔPCD=PCD0+2PCDK（3–5）

根据（3–4）、（3–5）式可解得临界负载系数L：

LP=[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–6）

LQ=[（QABO–QCDO）/（QCDK–QABK）]1/2（3–7）

LZ=[（PABZO–PCDZO）/（PCDZK–PABZK）]1/2（3–8）

SL=2Se[（PABO–PCDO）/（PCDK–PABK）]1/2（3–9）

如果SL的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果SL为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。

3.1.1.2多台变压器并列运行

如有N台变压器并列运行时，组合技术参数的空载损失和短路损失为各台之和： ΔPNO=ΣPi0（3–10）

ΔPNK=ΣPiK（3–11）

如有甲、乙两种N台变压器并列运行，其功率损失计算公式为：

ΔPN甲=ΣPi0甲+2ΣPiK甲（3–12）

ΔPN乙=ΣPi0乙+2ΣPiK乙（3–13）

根据（3–12）、（3–13）式可解得临界负载系数L：

LP=[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–14）

LP=[（ΣQi0甲–ΣQi0乙）/（ΣQiK乙–ΣQiK甲）]1/2（3–15）

LP=[（ΣPiZ0甲–ΣPiZ0乙）/（ΣPiZK乙–ΣPiZK甲）]1/2（3–16）

SL=NSe[（ΣPi0甲–ΣPi0乙）/（ΣPiK乙–ΣPiK甲）]1/2（3–17）

如果SL的计算结果为虚数时，选择空载损耗较小的运行方式；如果SL为实数时，当负载小于临界负载时，选择空载损耗较小的运行方式，反之选择空载损耗较大的运行方式。

3.2变压器经济运行方式的经济负载系数

由于变压器各种运行方式的有功损失和无功损失随着负载发生非线性变化的特性，因此就存在着在某一负载系数条件下运行，其有功损失和无功损失最低的情况，称此负载系数为运行方式的经济负载系数。

3.2.1单台变压器运行的经济负载系数

3.2.1.1有功经济负载系数jP=（Po/Pk）1/2（3-18）

3.2.1.2无功经济负载系数jQ=（Io%/Uk%）1/2（3-19）

根据经验可知，随着变压器的容量增大，有功损失系数稍微下降，而无功损失系数则明显下降，特别是当变压器容量增大到10000KVA以上时，jP、jQ下降更加明显。随着变压器耗能参数的改善，经济负载系数jP有较大的下降，而jQ下降更加明显。所以，由于变压器的材质不同，容量不同，再加上制造水平不同，其经济负载系数jP、jQ存在着很大差异。

3.3增设小容量变压器的经济运行

我公司生产主变为5000KVA，进户电源为10KV。白天最大功率4200KW，22点至次日凌晨6点平均功率为1300KW。如果增设1600小变压器在22点至次日凌晨6点供电，其月基本电费为24000元，而节约的电费约为2280元。因此，增设小容量变压器没有节约电费，反而增加电费。

4.配电变压器的经济运行

4.1变压器“大马拉小车”的技术分析

4.1.1问题的提出

“大马拉小车”是指变压器长期不合理的轻载运行，它使变压器容量得不到充分的利用，效率降低。人们习惯以变压器的容量利用率作为划分“大马拉小车”的标准。节电措施中规定变压器负荷率小于30%即为“大马拉小车”。节约功率的习惯计算公式为：

△P=PDO-PXO（4–1）

这种计算方法是不合理的。原因是忽略了负载时的铜损而只计其空载的铁损。一般情况下大容量变压器的铁损比小容量变压器的大，而供相同负载时铜损小。因此，符合实际的计算应该同时考虑两种因素，其计算公式为：

△P=PDO-PXO+2D[(PDK-（SDe/SXe）2PXK)]（4–2）

4.1.2“大马拉小车”临界负载系数的确定

“大马拉小车”负载系数应根据变压器损失率的变化规律确定。按有功损失率确定临界负载系数，其计算公式为：

ΔPd%=(Po+2Pk)/(Secosφ+Po+2Pk)*100%（4–3）

设“大马拉小车”有功临界负载系数为L，则有功功率的临界损失率为：

ΔPL%=(Po+L2Pk)/(LSecosφ+Po+L2Pk)*100%（4–4）

临界损失率与最低损失率的关系式为：

ΔPL%=KL*ΔPd%（4–5）

KL---为变压器“大马拉小车”临界有功损失率系数。

解得：L=（KL±（KL2-1）1/2）（4–6）

由此可知，只要变压器实际负载系数≤L，则变压器运行在“大马拉小车”区间内。L的大小与和KL的大小有关。

KL值选的较小，即ΔPL%较小，则L增大，即增大了变压器“大马拉小车”的范围。反之，KL值选的较大，即ΔPL%较大，则L减小，即减小了变压器“大马拉小车”的范围。但运行损失率增大，因此选取L时要考虑ΔPL%不能太大，又要照顾到变压器更换条件不能太多，同时又要考虑更换小容量变压器后的经济效益。因此，推荐选值为1.5。代入式 L=0.382（4–7）

4.2变压器经济容量的确定

两台容量相近的变压器都能满足供电要求，但选择哪台变压器必须进行分析计算才能确定。

容量较大的变压器和容量较小的变压器功率损失和负载系数公式为：

ΔPD=Po+D2Pk（4–8）

ΔPX=Po+X2Pk（4–9）

X=D（SDe/SXe）（4–10）

根据上式可得出临界经济容量的计算公式：

SL=[（PDO-PXO）/（PXK/SXe2-PDK/SDe2）]1/2（4–11）

由图4-2可知，临界经济容量的意义是：当按实际负载需用变压器的容量S>SL时，则选用容量大的变压器；反之，S

4.3变压器运行方式的经济运行区

4.3.1单台变压器的经济运行区

由于变压器损失率的负载特性是一个非线性函数，所以，如图4-3中可按损失率的大小分成三个运行区：经济运行区，不良运行区和最劣运行区。运行区间临界条件的计算公式是在“大马拉小车”临界条件的基础上导出的。

4.3.1.1根据式（4-6）可知，在一般情况下Lj有两个根，即图4-3中A、B两点。所以，当负载系数在Lj2~Lj1内变化时，变压器处在经济运行区，损失率是较低的，其变化范围ΔPd%~ΔPLj%。

4.3.1.2根据上图可知，L只有一个根，即图中点L。区间L~Lj2及Lj1~1称不良运行区。在此区间内变压器损失率是比较大的，变化范围是ΔPLj~ΔPLL%，运行不经济。

4.3.1.3图4-3中0~L是最劣运行区，通称过轻载运行区间，变压器损失率很大，运行极不经济。

5.科学管理和变压器经济运行

5.1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。

当前制造厂出厂的变压器，经济负载率大都是40~60%范围，对上面的四类负载都不完全适应，特别是对满载或轻载运行的变压器损失率是很大的。因此，建议生产四个类型的变压器，其经济负载率分别为90%、65%、40%、20%。各用电单位都能根据变压器的负载情况选择相应的经济负载率的变压器。这样一来，各用电单位的变压器都能在经济运行区运行，就可以大量节约有功电量和无功电量。

5.2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。

5.3技术管理和经济运行

5.3.1减少变压器的降压次数，就减少了变压器的损耗。

5.3.2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。

5.3.3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。

5.3.4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。

6.结束语

如上所述，开展变压器经济运行范围很广，办法很多，节电效果也很好。

6.1首先是充分利用现有设备条件，通过详细分析和严密计算，选择技术参数好的变压器和经济运行方式运行

6.2其次通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行。

6.3对不合理的运行方式，必须用新增设变压器实现经济运行。所增加的投资，通过节电很快能收回。

变电站变压器经济运行实时监控实现

【论文摘要】根据变压器经济运行理论,研究了变压器实时经济运行的算法，开发了变压器经济运行的实时监控系统。该系统利用工控机和实时数据采集终端“网络893”构成，具有实现方便、编程简单、运行可靠的特点。

1引言

变压器是一种应用很广泛的变电设备。从发电、供电到用电一般需要经过3-5次的变压过程，其自身产生有功功率损耗和无功功率损耗。由于变压器台数多、总容量大，它消耗的电能也非常可观，在广义电力系统中（包括发、供、用电）变压器损耗的电能大约可以占到系统发电量的10%左右［1］。降低变压器电能损耗的主要途径是提高变压器性能，采用新型高效设备，再者就是在现有设备的基础上实现变压器的经济运行。

变压器经济运行是在确保变压器安全运行及传输电量相同的基础上，充分利用现有设备，采取变压器运行台数、分接头档位等最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，从而最大限度地降低变压器的电能损失和提高供电质量［１］。在变电所中，由于变压器容量、电压等级、铁心、绕组及制造工艺等的不同，变压器之间的技术特性和参数存在着差异，在供应相同负载的条件下，必然存在着有的变压器运行方式损耗大，有的变压器运行方式损耗小的情况，在多种变压器运行方式中，损耗小的运行方式就是经济运行方式［２，３，４］。基于变压器经济运行的计算软件也涌现出很多的版本，这些软件多是对变压器运行数据进行离线分析，这对于负载波动较大的变电站，存在着不能及时判断及控制等弊端。为此，本文开发了变压器经济运行的实时监控系统。该系统可以实时采集变压器电压、电流等数据，进行有功、无功及其损耗的计算分析判断，选择变压器经济运行方式，自动投切变压器。系统硬件由模拟量采集运算单元、开关量输入输出单元、通信卡及工控机等组成，软件在Windows NT环境下运行，人机交互界面友好，所有计算、控制结果都以表格或图形显示，阅读方便直观。

2理论基础与判定原理

2.1理论基础

变压器技术参数是分析变压器经济运行的基础数据，变压器经济运行就是通过不同的运行方式组合，寻求降低变压器有功功率损耗和无功功率损耗的途径［１，２，３，４］。因此，变压器的有功功率和无功功率损耗的计算式是变压器经济运行的基础算式。同时，变压器经济运行也是降低电力系统损耗的重要措施，变压器的综合功率的分析计算也属于变压器经济运行的基础理论。

a. 有功功率损耗

双绕组变压器的有功功率损耗ΔP

P0——变压器空载损耗

Pk——变压器额定负载下的短路损耗，取决于变压器绕组的铜耗及附加铜耗。

β——变压器的负载系数，β=S/SN。

S——变压器实时视在功率

SN——变压器额定视在功率

三绕组变压器的有功功率损耗ΔP

Pk1、Pk2、Pk3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组负载损耗

β1、β2、β3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组负载系数

S1N、S2N、S3N——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组额定视在功率

S1、S2、S3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组实时视在功率

b. 无功功率损耗

变压器是借助于电磁转换实现电压变换的,它是一个强感性的电气设备,在传输功率的过程中,负载电流在变压器上的无功损耗远远大于它的有功损耗。因此,变压器经济运行中降低无功损耗的潜力远大于有功损耗,同时无功的节约有利于电压稳定。

双绕组变压器无功功率损耗ΔQ ：

Q0——变压器空载无功功率损耗；

Qk——变压器额定负载下无功功率损耗。

三绕组变压器无功功率损耗ΔQ：

Qk1、Qk2、Qk3——变压器一次侧、二次侧、三次侧额定负载下无功功率损耗

β１、β2、β3——同上

c. 综合功率损耗

综合功率损耗是指变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。综合功率损耗既考虑变电设备的节电，又考虑了供电网损耗的降低，综合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳的节电方法［１］。

双绕组变压器综合功率损耗ΔPZ：

P0Z——变压器空载综合功率损耗；

PkZ——变压器额定负载下综合功率损耗。

KQ为无功经济当量，它的物理意义是指变压器每减少1kvar无功功率损耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值，KQ的大小和变压器在电力系统中的位置有关，对于确定的变电站内变压器KQ为常数。

三绕组变压器各侧绕组额定负载综合功率损耗PkZ1、PkZ2、PkZ3为：

2.2变压器经济运行技术特性优劣判定

变压器经济运行技术特性是监控系统控制判据的理论依据，它是指功率损耗随负载变化而非线性的变化的曲线。判定变压器经济运行技术特性优劣的标准是:在供应相同负载条件下,损耗小的变压器运行方式技术特性优。

本监控系统利用变电站内变压器的运行信息，根据本变电站负荷的变化来改变变电站内变压器的经济运行方式，属于变电站内的变压器经济运行而不是整个电力系统的变压器经济运行。例如在某变电站变压器并列运行时,由于变压器技术参数的不同,在供应相同负载时,不同的运行方式组合存在着优劣。一般的,若某变电所内有N台变压器运行,它最多可有种运行方式(当i=1时为单台变压器运行,当i>1时为多台变压器并列运行),判断方法是:供应相同负载条件下,在可供选择的方式中,选定损耗最小的运行方式即为经济运行方式。

3经济运行监控系统及特点

3.1变电站模型

图1所示为某变电站主接线图，该变电站共有三台主变压器，1#变压器容量为45MVA，2#变压器容量63MVA,3#变压器容量63MVA，电压等级为110/38.5/6.6kV。目前该变电站的变压器运行方式为：1#、2#主变分列运行带变电站所有负荷，3#主变处于热备用状态，当1#、2#主变任意一台发生故障跳闸或检修时，3#主变投入运行。1999年变电站最高负荷为53MVA，平均负荷为35MVA，对该变电站变压器的运行状态进行监测、从而控制变压器的经济运行方式具有很大的经济意义。

3.2监控系统

a. 系统构成

变压器经济运行监控系统由分布式智能数据测控网络“893-网络”和主机构成。“893-网络”是一种高性能高精度的数据测控网络，具有信息传输距离远、组网方便、抗干扰能力强等特点［５］。本系统由二次互感器、IDCB-3A型工频交流量测量和传输前端、IDCB-2C型开关量测量控制和传输前端、通信适配卡、通信电缆和工控机等组成，控制系统结构如图2所示。

二次互感器包括电压、电流互感器，用于实现测控网络与现场一次互感器的连接，同时具有隔离和转换的作用。

IDCB-3A型工频交流量测量前端是一个带有单片机系统的测量控制器，可同时对8条线路的电压、电流进行采集变换，完成有功功率、无功功率等的计算，并将计算结果传输至工控机。

IDCB-2C型开关量测量控制前端用于对变电站各开关闭合断开状态进行检测，掌握当前变压器的运行方式，同时具有多路继电器干节点输出，可根据计算得出的变压器优化运行方式实现投切变压器。 通讯适配卡由专用的网络通信硬件和软件组成，实现测控网络与主机系统之间的通讯管理，同时有出错校验、自动查询等功能。

主机系统是运行在Windows NT4.0环境下的工控机，Windows NT与专用的通信软件配合应用，保证了整套系统的长期安全稳定运行。

自行开发的变压器经济运行控制软件软件根据IDCB-3A测量前端采集到的变压器运行状态数据，运用变压器经济运行算法，计算并判断变压器经济运行方式，通过IDCB-2C的开关量输入判别当前的变电站运行方式，并通过继电器干节点输出控制投切母联、变压器。同时系统具有对变压器超载、过电压及低压运行等非正常运行状态判断和告警能力。软件具备显示功能，对变压器运行方式、运行参数及日负荷曲线以图表等方式显示，并可对变压器投切状况作详细记录。软件采用C++编制，人机交互界面友好。 b. 系统控制判据

如图1所示变电站变压器，现场运行中有公用1 #变压器、公用2#变压器、1#、2#变压器分列运行三种运行方式，在供应相同的负载条件下，在三种运行方式中优选损耗小的运行方式就是该变电站变压器的经济运行方式。系统通过测量前端读取数据，主机程序进行运算，分别计算出在供应该负载时，公用1#变压器的综合功率损耗ΔPZA、公用2#变压器的综合功率损耗ΔPZB和分列运行1#2#变压器的综合功率损耗ΔPZAB,比较ΔPZA、ΔPZB和ΔPZAB三者之间的大小，即可选择经济运行方式，系统控制判据流程图如图3所示。

c. 安全措施

为了避免因短时间内功率波动而导致频繁投切变压器，从而带来安全隐患。监控系统在设计过程中采取了一系列安全措施，首先系统在连续三次数据计算判断为相同经济运行方式后启动投切程序，同时参考前一天记录的负荷曲线，估计有相当一段的经济运行时间才去投切变压器。

4模拟试验

本文对该变电站两台分列运行变压器的经济运行监控系统进行了模拟试验,试验原理图如图4。用两台三相自耦调压变压器模拟现场运行的1#、2#变压器，a1、a2模拟1#变压器中压侧、低压侧负载，b1、b2模拟2#变压器中压侧、低压侧负载，实验中通过改变滑动变阻器电阻值的大小来模拟变压器现场运行中负载功率的波动。 当1#、2#变压器负载功率较小时，经济运行方式为分列运行1#、 2#变压器 。[LL]当1#变压器负载功率大于11MVA,2#变压器负载功率大于15.5MVA时，主机系统判断共用2 #变压器为经济运行方式，并输出投切信号。同时系统软件显示变压器运行参数及变压器投切前后两种运行方式的功率损耗值和投切时间的记录，控制系统界面如图5 。实验具有仿真性，可以达到变电站变压器经济运行实时监控的要求。

5结论

本文根据变压器经济运行理论,开发了变压器经济运行的实时监控系统,它可以对变压器运行状况进行实时监测,同时可计算判断变压器经济运行方式,并自动投切变压器。模拟试验表明,实时监控系统计算判定准确,投切可靠。采用经济运行方式可大大降低变压器有功功率和无功功率损耗,经济效益显著。该系统在经过现场的调试后,将会具有较高的使用价值。

参考文献

［1］胡景生. 变压器经济运行［M］.北京:中国电力出版社,1999.

［2］黄向前.浅谈变电所的变压器经济运行［Ｊ］.电网技术，2000，（3）：66～69.

［3］胡国元.变电所变压器的技术特性优劣计算分析［Ｊ］.中国电力，1999，(7)：46～49.

［4］石新春,朱晓荣，杨梅林.变压器运行方式优化计算机辅助设计［Ｊ］.电力情报,1999，（2）：13～16.

［5］总参南京工程兵工程学院微机测控技术研究所.IDCN分布式智能数据测控网络使用手册［Ｒ］.

提高功率因数 降低电能损耗

李如虎

摘要 论述了功率因数与线损的关系，介绍了提高功率因数后计算降损效益和提高功率因数的方法，以及并联无功补偿电容器补偿电容量的计算方法。 关键词 功率因数 补偿电容器 降低能耗

1 引言

在电力系统中，电力用户由于大量采用感应电动机和其它电感性用电设备，除吸收系统的有功功率作功外，还需要电力系统供给大量无功功率。这些无功功率经过多级送电线路、变压器的输送和转换，又造成无功功率的损失，使电网功率因数下降。这不但降低了发供电设备的出力，造成电网电压的波动，也增大了电能损耗，因此，在电力用户中，提高功率因数，减少无功电力消耗，对节能降耗具有十分重要的意义。

2 功率因数与线损的关系

功率因数是指有功功率与视在功率之比：

cosφ=P/S

(1)

功率因数的大小，是随负荷的性质和有功功率在视在功率中所占的比例决定的。在感性负荷的电路中，功率因数在0与1之间变化，即0＜cosφ＜1。如果用户负荷所需的无功功率(包括变压器的无功功率损耗)都能就地补偿，就地供应，供电可变损失就可以大为降低，电压质量也相应得到改善。用户装设了并联电容器，负荷功率因数从cosφ1提高到cosφ2，当输送的有功功率和电压不变时，供电线路和变压器的损耗有所降低，其降低的百分数ΔP可用下式计算

(2)

供电线路有功功率损耗减少的数值为ΔPL

(3)

变压器铜耗减少值为ΔPcu

(4)

式中P——输送有功功率，kW； U——线路电压，kV; R——线路电阻，Ω；

ΔPcur——变压器额定铜损，kW； S1——变压器运行负荷，kVA； Sr——变压器额定容量，kVA。

电力用户安装了容量为QB的无功补偿设备后，在投运时间t内所节约的有功功率损耗电量ΔW可近似地按下式计算。

ΔW=KQBt

(5)

式中K——无功功率经济当量，W/var。

如果计算K值有困难，可参照表1所列数字进行计算。

可按(2)式计算成如表2的关系。由表中可以看出，功率因数的提高对降低线损的效益是很明显的。例如，当功率因数从0.8提高到0.95，有功功率损耗降低可达29%。即使从0.9提高到0.95，有功功率损耗也降低10%。

表1 无功功率的经济当量

表2 提高功率因数与降低线损的关系

另外，提高功率因数还能提高线路或设备输送有功功率的能力，从而可减小发供电设备的装机容量和投资；并能提高线路电压，改善电能质量。对用户来说，由于供电部门对用户实行按功率因数调整电费的办法，当功率因数高于其规定标准的，电业部门给予奖励，减收电费；低于规定标准的予以罚款，加

收电费。所以提高功率因数可减少企业电费开支，降低产品成本。

3 提高功率因数的方法

提高功率因数最常用的方法就是在需要无功的用电或供电设备上并联无功补偿电容器，这样，上述设备所需要的无功功率，便可由并联电容器供给。 由原来的功率因数补偿到所需要的功率因数，需要并联的电容器容量可用下式计算：

(6)

式中Q——应补偿的无功功率，kvar； P——最大负荷月的平均有功负荷，kW； cosφ1——补偿前的功率因数； cosφ2——补偿后的功率因数。

在实际应用中，可根据事先计算好的表格查出所需补偿的无功容量(表略)。 人工补偿无功功率的方法，除采用并联电容器外，在电力部门还有用同步调相机补偿的。由于同步调相机投资高，有功功率损耗大(比电容器大5～10倍)，运行、维护管理都较复杂，工矿企业很少采用。但用户使用的绕线式异步电动机可以同步化运行(即将绕线式异步电动机的转子绕组通入直流励磁电流，实现同步运行)，提高用户的功率因数，特别是大功率容量的电动机实现同步运行经济效果更好。但异步电动机同步化也有其不足之处，如在重负载情况下(负载超过60%～80%时)，牵入同步较困难，同时容易失步；操作过程较为复杂，宜用于起停少的负载；同时需要增加一套整流装置，增加了维修工作量。用户要避免“大马拉小车”(即大电动机拖动小负载工作)，因此“大马拉小车”会导致负荷的功率因数下降，增加了耗电量。运行电动机的负荷一般要求达到额定容量的70%以上，运行才是经济的。