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变压器的功率、变压器的经济运行及节能措施

2023-10-09 14:20:56

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变压器负载变化，一次侧电压、电流、功率和二次侧电压、电流和功率如何变化？

变压器的电压很简单，U1/U2=n1/n2；变压器一次侧和二次侧绕组的匝数决定了一次侧和二次侧电压的关系，所以不管负载如何变化，一次侧和二次侧的电压都是保持不变的；也就是说一次侧的电压和变比决定了二次侧的电压，跟负载没有关系。

但是变压器的功率和电流实际上都是由二次侧即负载端决定的，即“量出而进”也就是说功率和电流根据负载端的需要，原线圈的功率和电流而变化。

比如，变压器二次侧负载增大：

一是可以理解为用电器功率变大，电压由匝数决定不变，根据公式I=P/U，二次侧电流自然会变大。

二是可以理解为有用电器个数增多，变压器负载端都是并联的，支路数增多，每个支路的都是独立的，支路电流不变，干路电流必增大。

那么由于I1/I2=n2/n1是固定的，负载增加时二次侧电流变大，功率也即变大，一次电流也一定是变大的，一次侧功率也变大，保持变压器一二次侧功率平衡。

那既然变压器的功率和电流都是由二次侧即负载端决定的，那是不是可以无限增加负载来增加变压器的容量的哪，显然是不可以的，高中阶段在考虑基础理论知识的时候并没有涉及到实际情况，考虑的是一个无限大的系统，实际上一个是变压器本身也是一个用电设备，它自身也是有一定的损耗的；另一个是变压器的额定容量在生产制造的时候已经确定了，使用的时候二次侧的负载增加是不允许超过变压器的额定容量的，二次侧负载只能在额定容量以内增加或者减少。

变压器的额定容量

变压器的额定容量是指变压器能够承受的最大负载容量，通常以千伏安（kVA）为单位，变压器的额定容量是设计和制造过程中最重要的参数之一，这直接影响变压品质性能和使用寿命。在使用变压器时，必须确保负载不超过变压器的额定容量，并定期检查和维护变压器，以确保其正常运行和延长使用寿命。

变压器的额定容量是由变压器的设计和制造过程中的多个因素决定的。其中最重要的因素是变压器的铁芯和线圈的尺寸和材料。铁芯的材料决定了变压器的磁通密度和磁阻，而线圈的尺寸和材料则决定了变压器的电阻和电感。

变压器的额定容量还受到变压器的冷却方式和环境温度的影响。变压器的冷却方式通常分为自然冷却和强制冷却两种。自然冷却的变压器通常适用于低功率和低频率的应用，而强制冷却的变压器则适合于高功率和高频率的应用。环境温度也会影响变压器的额定容量，因为高温会导致变压器的线圈和绝缘材料老化和损坏。

变压器的额定容量对于变压品质使用和维护非常重要，如果变压器的负载超过了额定容量，就会导致变压器过热和损坏。因此，在使用变压器时，必须确保负载不超过变压器的额定容量。

变压器的经济运行

变压器在变压和传递电功率时，自身要产生有功损耗和无功损耗，所以变压器本身也是有耗能的用电设备。变压器的经济运行对节能降耗，达到国家“十一五”规划纲要提出的目标，意义十分重大。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，从而降低用电损耗。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。

1、变压器经济运行节能措施

1．1 合理选择变压器容量

变压器作为一种静止的电气设备，由于没有机械方面的损失，所以它的效率是比较高的，一般在额定状况下均达96％以上。但是这样一个高的效率并不是在任何情况下都能获得的，它是由变压器的负载率决定的。变压器的实际运行状态按负载率大致可以分为三个区域一个点。

三个区域：

1)最佳经济运行区(最佳区)：它的范围一般在额定负载的25％―75％之间，在此区间效率较高。

2)经济运行区(经济区)：它的范围一般在额定负载的15％―100％之间，在此区间效率尚可。

3)最劣运行区(非经济运行区，过去俗称的“大马拉小车”区)：它的范围一般在10％―20％以下，在此区间效率低。

一个点:

变压器功率损耗最低点，或称效率最高点，它位于最佳经济运行区内，一般在额定负载的40％左右。实际负载率在最佳区内从两边越靠近综合功率经济区负载系数点，效率越高。以上三个区域一个点各自对应的实际效率是多少，只需通过某些计算即可获得。

如何使变压器运行在其最佳区内或功率损耗最低点附近，发挥出实际的高效率，才是我们关心和追求的，由于负载率直接与变压器额定容量有关，于是对变压器本身的额定容量就有了一个选择要求。

1．1．1 无功经济当量的引入

为了计算设备的无功损耗在电力系统中引起的有功损耗增加量，特引入一个换算系数，即无功功率经济当量，它表示电力系统中每减少l kvar的无功功率，相当于电力系统所减少的有功功率损耗kW数，其符号为Kq。对工厂变配电所来说，无功功率经济当量Kq=0.02～0.15(平均取K。=0.1)

1．1．2 一台变压器经济运行的负荷率

变压器的损耗包括有功损耗和无功损耗两部分，而其无功损耗对电力系统来说，通过Kq换算后等效为有功损耗。因此变压器的有功损耗加上变压器无功损耗所换算的等效有功损耗，就称为变压器有功损耗换算值。一台变压器在负荷为S时的有功损耗换算值为

P1≈Po+Kq×Qo+(PK+Kq×QN)(S／SN)2 (1)

式中：PT――变压器的有功损耗

QT――变压器的无功损耗

P。――变压器的空载损耗

PK――变压器的短路损耗

Q。――变压器空载时的无功损耗

QN――变压器额定负荷时的无功损耗增量

SN――变压器的额定容量

其中：Q0≈SN×Io％／100 (2)

式中Io％――变压器空载电流占额定电流的百分值

QN≈SN×Uk％／100(3)

式中UK％――变压器的短路电压(阻抗电压UZ)占额定电压的百分值

要使变压器运行在经济负荷Sec下，就必须满足变压器单位容量的有功损耗换算值P／S为最小值的条件。因此令d(P／S)／dS＝0，可得变压器的经济负荷为

Sec=SnP0+KqQ0

Pk+KqQN （4）

变压器的经济负荷率或经济负荷系数为

kec = P0+KqQ0

Pk+KqQN （5）

一般电力变压器的经济负荷率为40％左右。

1．2 选用节能型变压器，

Sl0，S11系列35kV的电力变压器是我国目前生产的低损耗产品，其损耗值与S7系列对比空载损耗可降低15％，负载损耗可降低30％。节能效果较为显著，具有重量轻、体积小、损耗低、空载电流小、噪声低、抗短路能力强、节能效果明显等优点。

1．3 采用无功补偿设备提高功率因数

不同的功率因数引起的变压器有功和无功消耗不同，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。功率因数稳定在一个合理的较高值已是电力系统的一项极为重要的节电措施。因此采用提高功率因数和降低变压器运行温度的措施，可使变压器运行在最佳工作状况或接近这个状况。当功率因数达不到规定值的要求时(一般规定功率因数不得低于0．9)应采用无功补偿设备，提高功率因数。

1．4 择优汰劣达到节能目的。

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。一般为20年。比如某变电站淘汰低效高耗能变压器选用高效节能型变压器后，年节约有功电量3241．2kWh，无功电量39244．8kVARh，综合电量5606．4kWh。

1．5 避免空载运行。

对长期处于空载的变压器及时停止运行，降低线损也比较明显。比如一台35kV1600kVA变压器的空载损耗为2095W，停运一天降低的电量损耗为50．28kWh，一个月可降低的电量损耗为150．84kWh。

1．6 降低变压器的温度。

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。

2、变压器经济运行的节能效果分析

比如某单位通过设备改造，用S10型节能变压器替代老型号SZL7型变压器，容量由2500KVA变为1600KVA。S10型变压器空载损耗为2095W，SZL7型变压器的空载损耗为3900W，替代后仅在铁损(空载损耗)方面一年就节电(3900一2095)W×8760=16687．8 kW・h，相当可观。

变压器经济运行不仅取决于运行方式，同时更取决于变压器的制造水平。变压器经济运行应用范围很广，节电效果很明显，方法也很多。

(1)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；

(2)通过加强供电的科学管理来实现变压器的经济运行；

(3)择优汰劣，选用节能型变压器可较大幅度降低电能损耗。