配电变压器的经济选择分析

    在电力系统中，为了使电能传输范围及数量提高，变压器得到广泛应用。然而，发电、输电、配电及用电各环节构成的电力系统一般需要3～5次的变压过程，造成电力系统中总的变压器容量远远超出发电机的总容量，从而产生了严重的损耗。如何对变压器运行方式进行选择和控制是实现电力系统经济运行的关键，它不仅通过节约电能带来可观的经济效益，而且对国民经济发展具有十分重要的现实意义。

    配电变压器是配电网中传输、分配电能的重要电气设备，由于数量大、分布面广，在运行过程中变压器自身产生的有功功率损耗和无功功率消耗总量占电能损耗比例约30%。因此，本文结合配电变压器经济运行的原理，以及配电变压器经济运行的几种不同情况，设计并实现了一种配电变压器经济运行控制系统，该系统将配电变压器经济运行原理与实际相结合，以降低配电变压器的电能损耗。

    一、变压器的基本结构

    电力变压器的基本构成部分有：铁心、绕组、绝缘套管、油箱及其它附件等。其中铁心和绕组是变压器的主要部件，称为器身红。

    电力变压器的铁心，由磁导率很高的硅钢片制成，硅钢片有热轧和冷轧两种，热轧硅钢片由于其磁性能差，因此电力变压器的铁心已不采用这种材料。冷轧硅钢片又分为无取向和取向两种，其中取向冷车轧硅钢片有明显的方向性，即沿着轧制方向的磁性能好，因此目前电力变压器均采用冷轧取向硅钢片。

    绕组，是由截面为圆形，扁形的钢，铝导线绕制而成，绕组的主要形式有层式和饼式两种形式，层式绕组的线匝沿其轴向依次排列，饼式绕组的线匝在幅向形成线饼后，再沿轴向排列。

    按变压器铁心和绕组的配置来分类，可分为心式和壳式两种。心式结构的特点是绕组露出外侧，而铁心在内侧，从绕组绝缘上考虑，这种结构适用于高电压，壳式结构的特点是在铁心内侧安放绕组，从外侧看得见铁心，这种结构适用于低电压大电流的场合。

    二、配变经济运行建模

    配电变压器的技术参数表征了配电变压器在运行供电过程中自身损耗的特性：有功功率损耗和无功功率消耗。双绕组配电变压器技术参数包括：空载电流I0，空载损耗P0，短路电压UK及短路损耗PK。

    空载电流值I0和铁芯材质、磁路的几何尺寸及铁芯制作工艺等密切相关。

    I0% =I0/IN

    式中：I0―空载电流，A；In―配电变压器次侧绕组的额定电流，A。

    空载损耗P0是在配电变压器接入额定电压条件下，铁芯内由励磁电流引起磁通周期性变化时产生的损耗，也称铁芯损耗。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。

    短路电压UK是指在二次绕组短路时，在一次绕组施加额定频率的电压，当二次绕组通过额定电流时，一次绕组所施加的电压UK称为配电变压器的短路电压，又称阻抗电压，为：UK% =UK/UN100%

    式中：UN―配电变压器一次侧绕组的额定电压，kV。

    配电变压器铭牌所给定的短路损耗Pk值，系指绕组温度为75 ℃时额定负载所产生的功率损耗。

    在进行配电变压器经济运行的分析和计算时，为了简化计算，有功功率损耗常近似为：

    Q0≈S0=I0%×SN×10-2

    无功功率消耗近似记为：

    QK≈SK=UK% ×SN×10-2

    综合功率损耗包括了有功功率损耗，它更具有系统性的特征。综合功率经济运行最佳是指：既考虑有功电量节约，又考虑无功电量节约的综合最佳；既考虑用户节电又考虑电网损耗降低的系统最佳。

    三、变压器并列运行的经济运行分析

    我国有相当数量的变电所，其变压器采用并列运行方式，其中尤以22OKV，110KV变电所更是如此。对于并列运行的变压器，其经济运行方式的确定，主要是指所有两台及两台以上的变压器并列运行，在供相同负载的条件下，优选功率损耗最小的运行方式。

    如变配电所变压器总台数为N，则存在着（2n-l）种组合运行方式。以三台变压器为例，共存在七种运行方式，即A，B，C变压器单台运行，AB，CB，以两台变压器并列运行以及ACB三台变压器并列运行"在这七种运行方式之间，还要经过十五次的比较判定才能确定既满足负载的用电同时变压器的损耗也最小的运行方式。即单台变压器之间经过三次，两台并列方式之间经过三次，一台与两台并列之间经过六次，两台并列与三台之间经过三次。十五次的比较判定之后才能确定既满足负载的用电同时变压器的损耗也最小的运行方式。其它台数并列运行以此类推。

    1.变压器并列运行的理想情况是：

    第一，空载时，并列的各变压器二次侧之间没有循环电流，即各变压器均为空载。因为环流不仅会引起附加损耗，使变压器温度升高，效率降低，还会占用设备容量。

    第二，负载时，各变压器所承担的负载电流应和它们的额定容量成正比。容量大的应多分担负载，容量小的应少分担负载，使各台变压器的容量得到充分利用。即各变压器的负载系数应相同。

    第三，负载时各台变压器负载侧电流应同相位。即总负载电流为各台变压器负载电流之和。

    为了达到以上理想的并列要求，并列运行的各变压器必须满足下列四种条件，（1）.绕组接线组别必须相同；（2）变比应相等；（3）短路阻抗应接近（变压器运行规程规定变压器并列运行时短路阻抗之差不超过10%）；（4）容量不能相差太大（对于并列运行的变压器，其容量比不能大于3：1）。

    2.并列运行变压器的组合技术参数

    N台变压器并列运行相当于一台组合式变压器运行，其组合后的空载损耗P0N和励磁功率Q0N分别等于各台变压器空载损耗和励磁功率之和符合变压器经济运行的要求。<