2024年4月21日发(作者：)
（
ffl
《
资源节约与环保
》
2020
年第
10
期
变压器节能与安全运行方式的分析与选择
郭忠华
$
许猛
2
（
1
中海石油葫芦岛精细化工有限责任公司辽宁葫芦岛
125000
2
中海油能源发展股份有限公司销售服务公司天津
300000
）
丿
摘
要
：
根据某精细化工厂变电所实际运行的负载情
况
，
通过计算两台变压器不同运行方式下的有功损耗以及
由无功功率引起的线路损耗值
，
对三种运行方式下的能耗
效率进行详细比较
,
结合短路电流计算
,
考虑短路电流对
设备热稳定性和动稳定性的影响
,
以及短路电弧能量对人
身安全的伤害程度
,
选取安全高效的最佳运行方式
,
文章
所采用的计算方法适用于所有具有两台及以上变压器变
电所的能耗分析
，
为在运行的变电所选取最佳运行方式提
供依据
；
也适用
台变压器最佳效率
，
为变电所
设计
变压器数量设置和参数选型依据
#
关键词
：
有功损耗
；
铜损
；
铁损
；
无功功率
；
并列运行
引言
变压器是电能传输使用环节中的重要设备
，
具有二级以上
负荷等级的工厂变电所
，
都会按照标准规范设置两台及以上变
压器
,
变压器的运行方式与能耗
、
运行安全密切相关
,
变压器的
运行可有一开一备
、并列同时运行和分列同时运行三种方式
,
文
章以某精细化工厂变电所运行方式选取为例
，计算并分析两台
变压器不同运行方式下的有功损耗
、
无功损耗以及短路电流对
运行安全性的影响
。
1
变压器存在的不同运行方式
某精细
工变电所的
1
所
,
变电所设有
两台
SGB10-630kVA/10k
V
型干式变压器
，高压侧采用单母线带
进线备自投的接线方式
，
采用双电源供电
,
满足一级负荷的供电
要求
，
同时
，配备
320kW
柴油发电机作为应急电源为一级负荷
中的特别重要负荷-消防设施供电
，
低压侧采用单母线分段接线
方式
，
设置两台进线主受断路器和一台母联断路器
，
根据不同的
倒闸操作
，
两台
630kVA
变压器共有三种不同的运行方式
，
当低
压侧母联开关处于合闸状态
，
两台变压器高低压侧开关均处于
合位时
，
两台变压器处于并列运行方式
；
当低压侧母联开关处于
[#
进线
计量
柜
1#
主曼柜
UPS
电源柜
1#
变
压器柜
2#
变
压器柜
2#
主曼柜
2#
进线计
量柜
图
！
变电所电气主接线图
分闸状态
，
两台变压器高低压侧开关均处于合位时
，
两台变压器
处于分列运行方式
；
当低压侧母联开关处于合闸状态
，
其中一台
变压器
压
开关
时
，
一台变压器
压
开
关均处于分断位置时
，
变压器处于单台一用一备运行方式
；
具体
选择哪种运行方式需要综合考虑能耗和安全两个方面
。
2
变压器不同运行方式的损耗计算
该精细化工厂变电所设有两台
SGB10-630kVA/10kV
型干
式变压器，
该变压器可以从铭牌或国家标准
GB/T10228-2008
《
干式电力变压器技术参数和要求
》
中获得如下参数
：
额定电压
10kV
，
空
载损耗
1350W
，
负载损耗
6950W
，
空
载电流
0.9A
，
短路
阻抗
4.0%
，
额定一、
二次电流
36.4A/909A
。
变压器采用如图
2
所示的等效电路进行计算叫其中
Rm
为
激磁电阻
，
是对应铁损的等效电阻
,
Xm
为激磁电抗
，
Rk
为短路
电阻
,
Xk
为短路电抗
,
Zk=Rk+jXk
为短路阻抗
,
可以通过短路试
验测出
，
出厂时在铭牌上标出
。
图
2
变压器等效电路
2.1
运行电流及负载率
经过实际测量和记录
，该厂正常生产时的用电负荷总电流
约为
600A
,
则变压器单台运行时负载率
：
B
单
！
霭％
10°%?66%
两台并列运行时
，
负载率为
：
600x^
!
两
！
^00^x
100%?33%
按经验
,
变压器最佳效率点一般在
70%
负载率附近
，但近几
年随着变压器硅钢片材料和铁芯制造工艺水平的提升
，
特别是
非晶合金变压器的投入使用
，
使变压器的最佳效率点发生了变
化
，
运行方式需根据变压器的各项参数进行实际能耗计算确定
。
2.2
有功损耗计算
变压器有功损耗由铁损和铜损两部分组成
，
其中铁损也叫
空载损耗
，
包括变压器铁芯硅钢片的涡流损耗和磁滞损耗
，
当供
1
dB
电电压在变压器额定值附近时
，
铁损基本不变
，
与负载电流无
关，
为恒定值
,
因此
，
每台变压器的铁损均为变压器铭牌给出的
值
，
则:
单台变压器运行时
，
铁损
d
=1350W
两台变压器同时并列运行时
，
铁损
s
=1350
x
2=2700W
变压器铜损也称负载损耗
，
是变压器一
、
二次线圈铜线电阻
产生的发热损耗
，
与变压器运行时负载电流的平方成正比
，
则单
台运行时
：
P
c
”
单
=
I
2
R
f
（
令
）
%
额定
=
（
籍
）
$
x
6950=3028W
两台变压器并列运行时
，
各自承担一半负载电流
：
匸
x
l
P
c/
两
=
（
—
）
$
P
c/
额
％
2=
（
磚
）
$
x
6950
x
2=1514W
可见
，
两台变压器并列运行
，
铜损降低为单台运行时的一
半
，
但铁损为单台运行时的
2
倍
，
由变压器不同运行方式下空载
损耗和负载损耗引起的总有功损耗分别为
：
P
单总
=P
%e
单
+
P
c
”
单=1350+3028=4378W
P
两总二
P
f
&
两
+
P
c
”
两
=2700+1514=4214W
从计算结果可以看出
，
变压器单台运行的总有功损耗大于
两台并列运行
，
两者相差
0.162W
，
两台变压器并列运行更加节
能
，
同时
，
对于
SGB1
0
系列非包封线圈变压器而言
，
运行时的发
热量有助于防潮
，
两台变压器并列运行具有更好的设备安全性
&
2.3
无功损耗计算
变压器的无功功率由图
1
中
X>
和
X2
产生
，
Xm
产生的无
功为励磁分量
，
与负载大小无关
，
X2
为与负载相关的漏抗分量&
分
无功功
：
Q
m
=
I
o
2
!
X
>
其中
I
。
为变压器的空载电流
，
可从变压器厂家制造手册或
铭牌获得&变压器励磁分量由励磁电阻
Rm
和励磁电抗
Xm
组
成
，
该回路的视在功率
S
m
由励磁电阻消耗的有功功率和励磁电
产生的无功功
和
成
：
S
m
2
=PF
e
2
+Q
m
2
励磁回路的总电压等于变压器的额定电压
@
3
，
回路电流
I
。
为空载电流
，
则有
：
S
m
=
@
3
【
0
式
，
有
：
P
F
e
2
+Q
m
2
=3
（
U
nI
o
）
2
=3
x
（
1OOOO
x
O.9
）
2
=2.43x
1O
8
分
的无功功
：
Q
m
=
V
2.43
x
10
8
-1350
2
=155030Var
分
的无功功
由
电
X2
产生
：
Q
l
!
I
i
2
!
X
k
上式中
I
i
为低压侧运行的实际电流归算到高压侧的负载电
流归算值&
变压器二次
额定负载时
分
的
在功
：
2
《
资源节约与环保
》
2020
年第
10
期
S
k
额二
UI
3
=
”
k
%
U
3
I
3
=
x
4%
x
1OOOO
x
36.4
=
25218VA
其中
U
k
为额定负载时短路阻抗上的电压
，
其值为短路阻抗
与额定电压之积
；
I
3
为一次侧额定电流&
，
功
的计算
式
，
有
在功
：
S
k
额
2
=
P
C
u
额
2
+Q
k
额
2
其中
，
P
c/
额为额定负载下变压器的铜损
，
即变压器铭牌给出
的负载损耗值&
式
可
额定负
时变压器
分
的无功功
：
Q
k
额
=
!
额
2
-
P
c/
额
2
=
V25218
2
-6950
2
=24241Var
Q
k
与实际运行电流的平方成正比
，
即
Q
k
=
（
）
Q
额
其中
【
2
为变压器二次侧实际运行电流
，
I
2
„
为二次侧额定电流&
则单台变压器运行时
分
的无功功
：
Q
k
单
=
（
籍
）
$
x
24241=10561Var
两台变压器并列运行时
分
的无功功
：
Q
k
两
=
（
磚
）
$
x
24241
x2
=
5280
Var
变压器的总无功功
由
分
和
分
和
成
，
单
台变压器运行时的总无功功
：
Q
单
=Q
”
+
Q
k
单
=15530+10561=26kVar
两台变压器并列运行时的总无功功
：
Q
两
=2Q
m
+Q
k
两
=2
x
l5530+5280=36kVar
可见
，
该变电所变压器单台运行无功功率比并列运行小
lOkVar
，
无功功率不会直接做功消耗掉
，
而是在磁场能和电能之
不
，
在
压
设
无功
时
，
分
由
一
电设备
，
并
电线
不
，
在
供电线路电阻上形成发热有功损耗
，一般无功功率经济当量
K
按照
0.1
计算【
2
】
，
则两种运行方式由无功功率带来的有功损耗分
别为
：
P△单
=Q
单
x
O.1=26
x
O.1=2.6kW
P△两
=Q
两
x
O.1=36
x
O.1=3.6kW
可见
，
变压器单台运行方式比两台并列运行方式的无功损
耗小
1kW
&
2.4
总有功损耗计算
变压器不同运行方式下的总有功损耗由变压器自身总有功
损耗和线
无功损耗
成
，
变压器单台运行时的总有功损耗
：
P
总
o
=P
单总+P
"
单
=
4.38kW+2.6kW=6.98kW
变压器两台并列运行时的总有功损耗：
P
总
2
=P
两总
+P
"
两
=
4.21kW+3.6kW=7.81kW
两
运行方式
耗功
：
△
P=P
总
2
-
P
总
!
=7.8lkW-6.98kW=0.83kW
可见
，
在运行电流为
6OOA
时，
该变电所变压器两台并列运
（
下转第
14
页
）
dB
《
资源节约与环保
》
2020
年第
10
期
子的机会
，
以法律的刚性力量让违法者在破坏环境面前止步&改善环保现状
，
还必须要有重点
、
有目标的制定有针对性的防治
2.2
加强对违法行为的打击力度
要想让违反者在环境保护面前养成自觉的守法习惯
，
显然
不是一朝一夕就能奏效的
，
当经济利益与环境保护发生冲突时
,
策略
，
这样才能收到更好的防治效果"比如
，
针对大气污染
，
要侧
重于改善现行能源结构
，
提高清洁能源在燃料中的占比
；
针对尾
气排放
，
要侧重对清洁燃料车型的开发
，尽量推广使用电力车和
如果没有外力的强制作用
，
违法者出于对私利的考虑
，当然会把
燃气车
；针对水污染，
要把防治重点放在对水源地的保护
，
通过
截污
、
治污
、
清淤等措施加快水体交换
，
保护河流湖泊水质不受
获取更大的经济利益发在环境保护的前面&所以，
为了尽快改善
环境保护现状
，
还必须要加大对违法者的打击力度
，
从经济上让
污染
；
针对垃圾污染
，
要加快推进垃圾分类处理的进程
，
要重点
做好对有毒
、
有害和危险垃圾的处置
，如此等等
，
不一而足
0
违反者得不偿失
，
从刑律上让违反者身陷囹圄
，
以法律的威慑力
让违反者望而却步
&
结语
我国环境保护任重道远"尽管十九大以来环保问题受到了
前所未有的重视
，但是
，
一方面我国幅员辽阔
，
地形地貌具有多
2.3
加大对环境保护的资金投入和政策引导
环境保护不仅是一项复杂的系统工程
，
同时也是一项非常
“
烧钱
”
的工程
，
不管是企业节能减排、
空气污染治理
、
开发节能
样性
，
广袤而复杂的环境状况增加了保护工作的难度
，
另一方面
进入新世纪后
，
我国经济领域发展迅速
，
而环保技术的发展则相
高新技术产品
，
还是城市垃圾处理、
土地沙漠化防治
、
荒山植树
造林
，
拟或发展核能
、
太阳能
、
潮汐能等新兴绿色产业
，
都需要大
量的研发资金投入
，
这笔资金具有数额巨大
、
持续性长的特点
，
对滞后
，
因此，
要彻底解决环保问题
，
绝非一朝一夕的事情
，需要
社会各界继续沿着绿色发展这一基本主轴
，
将环保理念向深度
和广度持续推进"
单凭企业或环保部门自身的能力是难以为继的
，
所以
，
要改善我
国现行环境保护状况
，政府层面做出强有力的财政支持是必不
参考文献
可少的
，
比如
，
政府对于绿色节能产品的研发和生产给予一定的
税收优惠政策
，
近年来就收到了较好的成效
0
[1]
赵钢
•
浅谈我国当前环境保护的形势与对策
[J]
•
生物技术世界
，
2015(07).
[2]
尤建明
.
我国环保规划现状及其发展趋势分析
[J]
.
绿色环保建
材
,2017(08).
2.4
制定有针对性的防治策略
环境保护范围广泛
，
涉及到众多的领域和行业
，
政府财税引
导
、
法律强制措施等等都属于大概念的范畴
,
在具体实践中
，
要
(
上接第
2
页
)
[3]
石晶
,
范永坤
.
探析我国环境保护现状
[J]
.
统计与管理
,2015(06).
行和单台运行能耗功率相差不大
，
仅为
0.83kW
o
可见
，
两台变压器并列运行时电力系统近端短路电流达
3
供电系统短路电流和安全性
两台变压器并列和分列运行的差别在于
，
并列运行电流平
均分配
，
两台变压器各承担一半
，
分列运行则与负载在各段母线
上的分布有关
，
设分列运行时两段母线电流分别为
I
*
和
l
b
,则
：
45.5'A
,
是分列运行或单台运行时的
2
倍
,
发生短路时流过故障
点的电流增加一倍
，
由于电流产生的热效应和电动力均与电流
平方成正比
，
所以两台变压器并列运行时短路电流对设备造成
的电弧损伤能量和破坏力将是分列运行的
4
倍
&
I
a
+I
b
=600A
结语
通过以上计算
，
在该变电所的实际运行状况下
，
由变压器无
功损耗和有功损耗引起的总损耗
，
单台运行仅比两台并列运行
_600
2
-2I
a
I
+
口
-
909
2
12
额
上式在二
1
*
二
1
+
时
，
卩斑两达到最小值
，
在并列运行时
P
C
2
两最小
,
分列时通过运行管理
，
使负载电流均匀分配在两段母线也可以
节能
0.83kW
，
但单台运行时
，
另一台变压器处于断电备用状态
，
对于
SGB10
系列非包封绝缘变压器冷态下不利于防潮
，
因此
，
在
能耗相差不大的情况下
，
应选择更安全的两台同时运行方式
；
由
于负荷分配基本均衡一致，两台变压器并列运行和分列运行负
载均衡度差别不大
,但并列运行的系统短路电流是分列运行的
2
达到并列运行的最小值
&
两台变压器分列运行时的短路电流
，
按照变压器高压侧的
倍
，
对低压断路器的短路分断能力以及对短路设备的动热稳定
性要求较高
，
短路产生的破坏力两台变压器并列运行是分列运
行的
4
倍
，
因此
，
从安全角度考虑
，
该变电所两台变压器同时分
系统短路容量为无穷大计算：
I
短分列二
'
(
I
沪
x909=22.7kA
U
'
%9
n
4%
两台变压器并列运行时的短路电流
，
按照变压器高压侧的
列运行是最佳方式
&
参考文献
系统短路容量为无穷大计算：
[1]
汤蕴踢
.
电机学
[M]
.第四版.北京:机械工业出版社
,2011.50-50.
I
短并列二一
x
^
x
2-
^
%
x
9
0
9
x
2
=
45
.
5
'
a
U
%9
n
4%
'
[2]
.
电力变压器无
损
的计算与分
[J].
造
与自动化
,1996,000(006):35-36.
14
发布评论