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变压器损耗高的原因分析与解决方案
发布时间:2010-5-11 信息来源:互联网

1 配电所变压器基本情况及问题
  
  鹤源配电所有两台S9-1250kVA变压器,其中一台变压器(以下简称1号变)主供鹤源饭店商业负荷,主要有空调主机225kW、四台水泵小计130kW、照明约150kw、其他设备约260kW;另一台变压器(以下简称2号变)主供鹤源小区居民用电,主要有17栋楼492户居民生活负荷,地下停车场及小区公用照明等场所用电负荷,常用电器设备容量统计约有2300kW。两台变压器高压侧计量TA变比均为150/5,低压侧计量TA变比均为3000/5。
  2008年元月以来,两台变压器损耗(高压侧与低压侧计量差)情况如表1。
  
  从表1可见,1、2号变压器本体1~8月份统计损耗率均高达9.6%左右,损耗电量达到15.2821万kW·h。2008年以来,1、2号变压器统计损耗率均较高。
  
  2 典型日负荷特性
  
  通过公司WFECS3000电能量采集系统可以查到,1号变压器最大负荷日发生在8月12日21:00,高压侧最大电流20.7A,当日平均电流14.89A,1~8月份按照供电量测算的平均负荷电流为9.41A;2号变压器最大负荷日发生在8月8日20:00,高压侧最大电流30.9A,当日平均电流18.81A,1~8月份按照供电量测算的平均负荷电流为17.85A;考虑到将来用户用电负荷发展,下面以最大负荷日数据作为典型日进行分析。
  根据典型日调查的24点负荷电流数据,可以得到1号、2号变压器典型日负荷率(变压器一次侧实际负荷电流与额定电流的比率)曲线图如图1所示。
  
  由图1可见,1号变压器其负荷曲线较2号变压器较为平稳,高峰负荷发生在白天9:00~15:00,夜晚20:00~22:00:2号变压器其负荷曲线波动较大,高峰负荷发生在白天13:00~15:00,夜晚21:00~23:00。
  1号变压器负载率变化区间在14%~28%之间,2号变压器负载率变化区间在11%~43%之间,范围较宽。
  
  3 变压器运行损耗率特性
  
  配电所变压器均为S9—1250型,其空载损耗为1.95kW,负载损耗为11.7kW。根据负荷与损耗率之间的函数关系:
  式中:S—变压器实际运行容量;
  Se变压器额定容量;
  △P0—空载损耗;
  △Pd—负载损耗;
  COSψ—功率因数;
  △P%—配变损耗率。
  为了便于下文分析,结合S9系列变压器技术参数,规定功率因数cosψ:0.95,可以做出S9系列变压器运行损耗率随负荷变化规律曲线如图2所示。
  
  图2中,横坐标为变压器负载率(%),纵坐标为变压器理论损耗率(%)。
  由S9系列变压器运行损耗率特性曲线图可知,对于S9—1250型变压器,当负载率在15%及以下时,为典型的“大马拉小车”状态,即随着负荷的缓慢减小,损耗率大幅度增大,称之为最劣运行区,变压器损耗率在18%~44%之间;当负载率在20%~80%,称之为经济运行区,即该区域随着负荷增大,损耗率变化较小,变压器损耗率在9.5%~14%之间;而负载率大于80%后,损耗率呈现正比例缓慢上升,称之为不良运行区,变压器损耗率在14%~18%之间。
  
  4 鹤源配电所变压器运行情况分析
  
  根据鹤源配电所S9—1250型变压器1~8月份典型日负荷率曲线(图1),对比S9系列变压器运行损耗率特性曲线图(图2)可知,1号变压器负载率在14%~28%之间,运行时多数时段处于最劣运行区;2号变压器负载率在11%~43%之间。除了4:30~7:30时段处于最劣运行区外,其它时段负载率在15%~43%之间.处于经济运行区域。
  由于选取的典型日为最大负荷日,因此不难得出结论:1号变压器运行长期处于最劣运行区,2号变压器在时间较短的负荷高峰时段运行处于经济运行区域,而一年中较多的负荷低谷时段也是处于最劣运行区域。可见变压器损耗率高的主要原因是变压器负载率低,变压器长期在最劣运行区域运行。
  
  5 变压器高损耗率解决方案
  
  5.1 方案一:由一台变压器供两个区域负荷
  (1)可行性分析
  如果将两个变压器所供台区负荷整合成一个台区,由其中一台变压器供电,分析如下:
  1、2号变压器负荷叠加后的负荷曲线如图3所示。
  由图3可见,两个台区典型日负荷叠加,假定由一台变压器供电后,其负载率在25%~70%之间,并且高峰时段较长;在11:00~24:00时段13个小时,负载率均在45%以上,最大负荷叠加后负载率也仅有70%,变压器将完全处于经济运行区域,损耗率在曲线底部9.7%~11%之间。可见,考虑到所选典型日均为最大负荷日,将两个台区负荷由一台变压器供电,在目前负荷条件下,能够满足经济运行要求。
  (2)两台变压器经济运行方式确定
  随着变压器负荷的增长,变压器可能会进入不良运行区域,如何及时调整变压器运行方式,保持变压器时常处于经济运行状态,现在分析如下:
  根据10kV变压器有功功率损耗计算公式:
  △P=△P0+(S/Se)2×△Pk
  式中:△p—有功功率(kW);
  △p0—空载损耗(kW);
  △Pk—短路损耗(kW);
  S—负载容量(kVA);
 

        Se—变压器额定容量(kVA)。
  可以做出如变压器运行有功损耗曲线图如图4所示。
  
  由图4可见,当台区实际负荷容量在700kVA及以下时,一台变压器运行比两台变压器运行有功损耗小,有功损耗功率在2~5.5kW之间,单台变压器运行经济;当台区变压器负荷大于700kVA的时侯,两台变压器运行有功损耗功率较单台运行小,有功损耗功率在5.5~10.5kW之间,两台变压器并列运行较为经济。因此根据负荷变化及时调整运行方式,可以长期保持变压器的经济运行。
  (3)效益分析 单台变压器运行,平均损耗率为10.35%,两台变压器同时运行时,1号变压器平均损耗率为15%,2号变压器平均损耗率为14%,可见单台运行比两台同时运行损耗率分别降低4.65和3.65个百分点。按照前八个月电量预计,1号变压器年供电量为82.418万kw·h,可节电3.8324万kW·h;2号变压器年供电量为156.3923万kW·h,可节电5.7083万kW·h,每年合计可节电9.5407万kW·h。
  
  5.2 方案二:1号台区选用Sg—630型、2号台区Sg—800型变压器
  (1)可行性分析
  重新选择变压器,根据当前负荷水平,将1号台区选用S9—630型、2号台区S9—800型变压器,此时的相应负载率曲线图如图5所示。
  重新选配变压器后,对于1号变压器,负载率区间提高到27.7%~56.2%之间;对于2号变压器,负载率区间提高到17.3%~68%之间。
  对照S9系列不同容量变压器损耗率(COSψ=0.95)特性曲线图(图2),从图可见,1号变压器负载率在27.7%~56.2%之间时,对应损耗率区间在经济运行区域,其损耗率值范围为5.5%~7%。2号变压器负载率在17.3%~68%之间时,对应损耗率区间也在经济运行区域,其损耗率值范围为6.5%~10%。比S9—1250容量时的平均损耗率10.4%分别降低4.1和2.1个百分点。单从节能方面考虑,该方案实施后,不仅能够满足当前负荷需求,而且降损效果会较为明显。
  
  
  (2)效益分析
  配电所两台S9—1250变压器同时运行时,1号变压器平均损耗率为15%,2号变压器平均损耗率为14%,按照方案二实施后,1号变压器S9—630型平均损耗率为6.3%,2号变压器S9—800型平均损耗率为8.3%,可见变压器运行损耗率分别降低8.7和5.7个百分点。按照前八个月电量预计,1号变压器年供电量为82.418万kW·h,可节电7.17万kW·h;2号变压器年供电量为156.3923万kW·h,可节电8.9144万kW·h,每年合计可节电16.085万kW·h。
  
  5.3 方案三:1号台区、2号台区分别选用两台配电变
  压器供电
  如果将1号台区选用两台S9—315型变压器供电、2号台区选用两台S9—400型变压器供电,该方案实施,存在较大建设改造投资,下面仅从降损角度,分析其建设后的供电方案可行性和经济性。
  (1)可行性分析
  重新选配电变压器,分别将两个台区负荷重新调整、均衡分配。原来1号台区的负荷调整为两台S9—315型变压器供电,原来2号台区的负荷调整为两台S9—400型变压器供电,此时相应的负载率曲线图如图6所示。由图6可见,对于原1号台区若选用两台S9—315型变压器,其负载率区间在27.7%~56.22%之间;对于原2号台区若选用两台S9—400型变压器,负载率区间在17.32%~68%之间。
  对照对于S9系列不同容量变压器损耗率(COSψ=0.95时)曲线图(图2),可知在上述负载率区间,S9—315型变压器损耗率范围在3.3%~3.46%,属于经济运行区域;S9—400型变压器损耗率范围在3.91%~4.38%,属于经济运行区域。因此该方案在节能降损方面,效果非常明显,具有可行性。
  
  (2)节能效益分析
  两台S9—1250型变压器同时运行时,1号变压器平均损耗率为15%,2号变压器平均损耗率为14%,按照方案三实施后,S9—315型变压器平均损耗率为3.38%,S9—400型变压器平均损耗率为4.145%,可算出变压器运行损耗率分别降低11.62和9.855个百分点。按照原1号变压器供电区域年供电量82.42万kW·h计算,1号变压器每年可节电9.577万kW·h;原2号变压器供电区域年供电量为156.392万kW·h,2号变压器每年可节电15.413万kW·h,两区域合计每年可节电24.99万kW·h。
  
  6 结论
  
  根据鹤源配电所实际情况,从节省投资方面考虑,建议选用方案一;如果有闲置或可调配的S9—630型和S9—800型变压器,选用方案二将会节约较多电能;从长远节能效益来看,选用方案三能够节约更多电能,更符合我国电力节能改造原则和方向。
  随着城市居民小区和用户负荷的快速发展,供电台区按照“小容量、多布点”原则设计和改造施工,且选用新的节能型变压器,可大大降低台区变压器损耗率,节能空间巨大。
  配电变压器数量多、范围广,是供电企业节能降损的关键环节。相关人员在降损工作中合理配置变压器容量,台区变压器分布坚持“小容量、多布点”原则,使变压器负载率时刻处于经济运行区域,必将给供电企业带来巨大经济效益,对节能降损工作做出更大贡献。

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