摘　要　根據(jù)現(xiàn)有《電力工程設計手冊》得知，電力變壓器容量設計計算均是按照負荷率來確定。并且其負荷率一般取值范圍在60％～90％。不能計算出變壓器較佳經(jīng)濟容量，從而不能運行于更佳經(jīng)濟區(qū)域。造成有功電能和無功電能損耗的增加。本文推薦一種行之有效，并且較為準確的計算方法，確定變壓器更佳經(jīng)濟容量，并使其運行在更佳經(jīng)濟區(qū)域，從而達到減少有功功率和無功功率損失。　　
　　關(guān)鍵詞　變壓器　臨界容量　更佳經(jīng)濟容量

1　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3～5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更佳經(jīng)濟容量是降耗節(jié)能的手段之一。這里介紹變壓器在更佳經(jīng)濟運行條件下，如何準確計算更佳經(jīng)濟容量及計算實例。
2　變壓器主要技術(shù)數(shù)據(jù)
2．1　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。
 
2．2　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)。
2．3　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％）。
2．4　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。
2．5　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：Q0＝I0％×Se×10－2（2—1）
　　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：Qk＝Uk％×Se×10－2（2—2）
　　以上各式均按國標單位計算。
3　變壓器容量的計算方法　　
　　準確計算變壓器更佳經(jīng)濟容量，是一個與眾多因素有關(guān)的復雜課題，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。
3．1　常規(guī)方法　　
　　根據(jù)《電力工程設計手冊》，變壓器容量應根據(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：β=S/Se
    式中：S———計算負荷容量（kVA）；Se———變壓器容量（kVA）；β———負荷率（通常取80％～90％）
3．2　按最大效率選擇　　
　　根據(jù)《電機學》知識得知，當變壓器最高效率出現(xiàn)的負荷系數(shù)，稱之為更佳負荷系統(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βip＝0．5～0．6。
    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/βip
3．3　按更佳運行條件計算
3．3．1　基本思路。
　　圖1給出了兩臺變壓器的損失曲線ΔP01和ΔP02，額定容量分別為Se1和Se2，且Se2＞Se1。
 　 　　從圖1可看出，當負荷為S1時，ΔP01＜ΔP02，則選擇容量為Se1的變壓器較為合理；若負荷為S2時，由于ΔP02＜ΔP01，則應選擇容量為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？
3．3．2　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S＝SLP，則有有功損耗更佳經(jīng)濟運行條件。

    同理，無功損耗更佳經(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S1＜SLP時，應選擇容量為Se1的變壓器；反之，當實際負荷所需的變壓器容量為S2＞SLP時，應選擇容量為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更佳經(jīng)濟運行條件和無功損耗更佳經(jīng)濟運行條件計算出的結(jié)果相互不一致時，則應按綜合功率的臨界更佳經(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）；Se1———1＃變壓器額定容量（kVA）；Se2———2＃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0．1。
4　實例計算　　
　　我廠擁有一座110 kV／6．3 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cosφ＝0．9。
4．1　按常規(guī)設計計算　　
　　根據(jù)3．1得知，對單臺主變壓器平穩(wěn)負荷，并且負載系數(shù)取0．85，則按（3—1）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：SFZ8－20000／110
4．2　按最大效率選擇
　　根據(jù)3．2得知，更佳負荷系數(shù)βip＝0．5～0．6，取βip＝0．55，則采用式（3—3）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。應選擇如下容量等級：SFZ8－31000／110。
　　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，還應按更佳經(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。
4．3　按更佳經(jīng)濟運行條件計算 　　因為，在按常規(guī)設計方法和按更佳經(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（2—1）和（2—2）分別計算出空載無功損失Q0和負載無功損失Qk。
    SFZ8－20000／110：P01＝23．5kW
                      PK1＝104 kW
                      I01＝0．90％
                  　　Uk1＝10．5％
則：Q01＝I0％×Se×10－2＝0．9×20000×10－2＝180 kvar
    QK1＝Uk％×Se×10－2＝10．5％×20000×10－2＝2 100 kvar
    SFZ8－25000／110：P02＝27．0 kW
                      PK2＝123．0 kW
                      I02＝0．85％　　
                      Uk2＝10．5％
則：Q02＝I0％×Se×10－2＝212．5 kvar
    Qk2＝Uk％×Se×10－2＝10．5％×25000×10－2＝2 625 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更佳經(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（3—5）有功損失更佳經(jīng)濟運行條件計算SLP。


　　根據(jù)式（3—6）無功損失的更佳經(jīng)濟運行條件計算SLQ。 
　　再根據(jù)綜合功率損失的更佳經(jīng)濟運行條件來計算SLZ。 

　　按照3．3及圖1和臨界經(jīng)濟容量的物理意義得知。因為SFZ8－20000／110的容量小于SFZ8－25000／110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3．3可判斷采用SFZ8－25000／110等級容量的變壓器是一個較為經(jīng)濟的容量等級。
5　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，這樣一來給設計者選擇一臺更佳經(jīng)濟容量的變壓器造成一定的困難。只有通過對有關(guān)更佳經(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更佳經(jīng)濟容量。
　　如果我們初步根據(jù)常用設計方法，選擇了SFZ8－20000／110和SFZ8－25000／110兩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（3—4）分別算出變壓器的功率損
 
　　故在本例中應選擇SFZ8－25000／110容量等級的變壓器。節(jié)約有功功率更為有利。
6　總結(jié) 　　通過實例計算得知，在已知負荷大小的情況下，不可簡單的通過變壓器的負荷率大小的常規(guī)設計方法來確定所需變壓器容量大小。應綜合考查系統(tǒng)內(nèi)負荷的大小，再根據(jù)更佳經(jīng)濟運行條件來確定所需容量的大小。盡可能地使變壓器運行于更佳經(jīng)濟狀態(tài)，減少有功功率的損耗。
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