變壓器的負載與損耗的關(guān)系

1、變壓器的負載與損耗的關(guān)系電力變壓器的有功功率損耗包含變壓器空載損耗和變壓器負載損耗兩部分， 在一定的負載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：P=P n+PI2 1P-總的有功功率損耗；Pn-空載有功功率損耗；PI-在一定負載下的負載 有功功率損耗Pn=Pt+KQt=Pt+K(IO%Se/1OO)2 2PI=Pf+KQf=Pf+K(Ud%Se/100)2 3Pt為變壓器額定空載有功損耗即變壓器鐵耗。Qt為變壓器變壓器額定勵磁功率10%為變壓器空載電流Pf為變壓器額定負載有功損耗即變壓器銅損Ud%為變壓器阻抗電壓K為無功經(jīng)濟當量，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvarSe變

2、壓器額定容量空載損耗Pt是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù)，它不隨變壓器負載的變化而變 化。而負載損耗Pf則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，根據(jù)P=I2R故Pf與負載電流的平方成正比。10%、Ud%為變壓器一個固定參數(shù)，它們由變壓器銘牌或變 壓器技術(shù)參數(shù)說明書提供，故變壓器損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。簡介：負載曲線的平均負載系數(shù)越高，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越小的變壓器；負載曲線的平均負載系數(shù)越低，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越大的變壓器。將負載曲線的平均負載系數(shù)乘以一個大于1的倍數(shù)，通?？扇?-1.3，作為獲得最佳效率的負載系數(shù)，然后按3b=( 1/R) 1/2計算變壓器應(yīng)具備的損

3、耗比。關(guān)鍵字：變壓器1、變壓器損耗計算公式(1) 有功損耗:AP = P0 + KT3 2PK (1 )(2) 無功損耗： AQ = Q0 + KT3 2QK (2)(3) 綜合功率損耗：A PZ=AP + KCAQ - (3)QOIO% SN , Q UK % SN式中：Q0空載無功損耗(kvar)P0 空載損耗(kW)PK 額定負載損耗(kW )SN 變壓器額定容量(kVA )10 % 變壓器空載電流百分比。UK % 短路電壓百分比3均負載系數(shù)KT 負載波動損耗系數(shù)QK 額定負載漏磁功率(kvar)KQ無功經(jīng)濟當量(kW/ kvar)上式計算時各參數(shù)的選擇條件：(1 )取 KT = 1.0

4、5 ;(2) 對城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的6kV10kV降壓變壓器取系統(tǒng)最小負荷時，其無功當量 KQ = 0. 1kW/kvar;(3) 變壓器平均負載系數(shù)，對于農(nóng)用變壓器可取3= 20 %;對于工業(yè)企業(yè)，實行三班制， 可取3= 75%;(4) 變壓器運行小時數(shù) T= 8760h，最大負載損耗小時數(shù)：t = 5500h ;(5) 變壓器空載損耗 P0、額定負載損耗 PK、10%、UK %，見產(chǎn)品資料所示。2、變壓器損耗的特征P0 空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗；磁滯損耗與頻率成正比；與最大磁通密度的磁滯系數(shù)的次方成正比。渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。PC

5、 負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負 載電流而變化，與負載電流的平方成正比；(并用標準線圈溫度換算值來表示)。負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產(chǎn)生雜散損耗。變壓器的全損耗 A P=P0 PC變壓器的損耗比=PC/P0變壓器的效率=PZ/ ( PZ AP)，以百分比表示；其中 PZ為變壓器二次側(cè)輸出功率。3、變壓器節(jié)能技術(shù)推廣1) 推廣使用低損耗變壓器；(1 )鐵芯損耗的控制變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi)，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來的損耗。最早

6、用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產(chǎn)生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產(chǎn)生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構(gòu)成。1900年左右，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經(jīng)多次改進，用0 . 35mm厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。近年來世界各國都在積極研究生產(chǎn)節(jié)能材料，變壓器的鐵芯材料已發(fā)展到現(xiàn)在最新的節(jié)能材料一一非晶態(tài)磁性材料如 2605S2，非晶合金鐵芯變壓器便應(yīng)運而生。使用2605S2制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的1 / 5,鐵損大幅度降低。(2 )變壓器系列的節(jié)

7、能效果上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的1/5 ,且全密封免維護，運行費用極低。我國S7系列變壓器是1980年后推出的變壓器，其效率較SJ、SJL、SL、SL1系列的變壓器高，其負載損耗也較高。80年代中期又設(shè)計生產(chǎn)出 S9系列變壓器，其價格較 S7系列平均高出20%，空載損耗較 S7系列平均降低8 %，負載損耗平均降低 24 %，并且國家已明令在 1998年底前淘汰S7、 SL7系列，推廣應(yīng)用 S9系列。S11是目前推廣應(yīng)用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結(jié)構(gòu)。硅鋼片連續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了6080

8、,提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低2035。運行時的噪音水平降低到3045dB，保護了環(huán)境。非晶合金鐵心的 S11系列配電變壓器系列的空載損耗較S9系列降低75 %左右，但其價格僅比S9系列平均高出30%，其負載損耗與 S9系列變壓器相等。2) 選擇與負載曲線相匹配的變壓器案例分析：配電變壓器的容量選擇A、按變壓器效率最高時的負荷率來選擇容量當建筑物的計算負荷確定后，配電變壓器的總裝機容量為：S =式中Pjs 建筑物的有功計算負荷KW;cos 0 2補償后的平均功率因數(shù)，不小于 0.9 ;3 b壓器的負荷率。因此，變壓器容量的

9、最終確定就在于選定變壓器的負荷率3 b我們知道，當變壓器的負荷率為：3b= 3m=( 1/R) 1/2 時效率最高。(2)R=PKH/Po (即變壓器損耗比)式中Po變壓器的空載損耗；PKH 變壓器的額定負載損耗，或稱銅損、短路損耗。以國產(chǎn)SGL型電力變壓器為例，其最佳負荷率計算如下：表國產(chǎn)SGL型電力變壓器最佳負荷率3m容量（千伏安）500630800100012501600空載損耗（瓦）185021002400280033503950負載損耗（瓦）48505650750092001100013300損耗比R2.622.693.133.203.283.37最佳負荷率3 m61.861.056

10、.655.255.254.5由表可見，如果以Bm來計算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負荷 P30的統(tǒng)計值，例如民用建筑的用電大部分時間實際負 荷均小于計算負荷 Pjs，如果按Bm計算變壓器容量則不可能使變壓器運行在最高效率Bm上，這樣不僅不能節(jié)約電能且運行在低B值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負荷率Bm來計算變壓器的容量是不合理的。B、 按變壓器的年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率B計算容量由于實際負荷總在變化，無法精確計算出變壓器的電能損耗。然而對于某類電力用戶，它的最大負荷利用小時數(shù)，最大負荷損耗小時數(shù)可依據(jù)同類用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)來

11、近似計算。變壓器的年有功電能損耗可按下式估算 Wb = PoTb PKH(Sjs/S2e)2 t = PoTb PKIB 2 t (3)式中B 計算負荷率，等于變壓器的計算視在容量Sjs與額定容量Seb之比Tb 變壓器年投運時間t最大負荷損耗時間，可由年最大負荷利用時數(shù)Tm查Tm- t關(guān)系曲線。用戶電力負荷消耗的年有功能為：W = B Sebcos $ Tm(4)則變壓器的年有功電能消耗率為： W = Wb/W =( PoTb PKH3 2t) / B Sebcos$ Tm(5)令 d WB = 0求出變壓器年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率B ；Br( PoTb/PKHr ) 1/2 =(

12、Tb/ d 1/2* B M(6)即配電變壓器按照節(jié)能負荷率Bj計算容量時，其年有功電能損耗率最小。由式可見，變壓器的節(jié)能負荷率與年最大負荷損耗時間有關(guān)，t越低B越高。然而由于Tm值及Tm值所對應(yīng)的 M直，對于高層民用建筑還沒有這方面的統(tǒng)計資料，可參考工業(yè)企 業(yè)的類似資料。Tb按7500h，而根據(jù)高層民用建筑的不同功能，t直在2300-4500范圍內(nèi)選取，因此B j=(1.3-1.8) BM。從表干式變壓器的最佳負荷率 BM值，可求出節(jié)能負荷率B。對于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時間均處于輕載，其電力負荷的運行特點，相當于工業(yè)企業(yè)的單班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負荷率B j=0.8

13、5-0.98 ;對于高層賓館及高層建筑中以商業(yè)為主的大廈，其相當于工業(yè)企業(yè)的兩班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負荷率 B j=0.71-0.85。由此可見，按節(jié)能負荷率計算變壓器的容量，要小于按最佳負荷率所計算的變壓器的容量，這樣不但年電能損耗小且一次性投資省。C、按變壓器的經(jīng)濟負荷率計算容量上節(jié)分析可知按年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率B計算變壓器的容量有利于節(jié)省初投資。然而相當于二班制運行特點的高層建筑中的配電變壓器，按計算出的容量還是偏大，必將增加用戶的一次性投資。如何能做到既能節(jié)省一次性投資，又能使電能損耗小，或 者說能否做到初投資省和電耗小這對矛盾在變壓器運行在負荷率的某一區(qū)域內(nèi)獲得相對統(tǒng)

14、一，下面我們對變壓器的年有功電能損耗率公式作進一步的分析。對同一變壓器，在某一負荷率B運行情況下的年有功電能損耗率如式(5)，而在節(jié)能負荷率下的年有功電能損耗率為： Wj =( PoTb PKH3 2j t) / B jSebcos $ Tm(7)用(5)式的兩邊除以(7)式的兩邊，并用(6)式代入，整理后得： W/ Wj = 1/2 ( 3 / 3 j上式為變壓器運行在某一負荷率3時的年有功電能損耗率相對于運行在節(jié)能負荷率3j 時的年有功電能損耗率隨相對節(jié)能負荷率變化的函數(shù)關(guān)系。該式中當3=3時，厶 W/ Wj = 1，當3> 3或3<3時， W/ Wj均大于1。 當3 / 3J

15、 從1.0增加到1.3，增加30時， W/ Wj從1.0增加到1.035，只增加了 3.5 ;當3 / 3從 2.0增加到2.3，增加15時， W/ Wj從1.25增加到1.37，增加了 9.6?？梢娫? / 0的低值區(qū)， W/ Wj的增加值相對于 3 / 3的增加值是非常微小的，且增加的速率也是很小的，也就是說，在該區(qū)域中，我們用微小的年電能損耗率增加值來換取變壓器的 容量的較大減小使得一次性投資的明顯降低，因此，我們選擇相對節(jié)能負荷率3 / 3在 1-1.3范圍內(nèi)，即經(jīng)濟負荷率為：3 jj=(1 1.3) 3 j(9)我們按經(jīng)濟負荷率 3 j選出的變壓器容量，要比按節(jié)能負荷率 3選出的變壓器容量降低一級， 由此而節(jié)約的初投資遠大于配電變壓器的年有功電能損耗費用，做到了經(jīng)濟性與節(jié)能性這對矛盾的相對統(tǒng)一，顯然這是一種既科學又經(jīng)濟合理的方法。這里討論的配電變壓器容量的計算方法，主要是針對高層建筑中所使用的變壓器，