變壓器的負(fù)載與損耗的關(guān)系

1、變壓器的負(fù)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(fù)載損耗兩部分，在一定的負(fù)載下，變壓器的有功功率損耗可用下式表示：P=Pn+Pl21P-總的有功功率損耗；Pn-空載有功功率損耗；Pl-在一定負(fù)載下的負(fù)載有功功率損耗Pn=Pt+KQt=Pt+K(I0%Se/100)22Pl=Pf+KQf=Pf+K(Ud%Se/100)23Pt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(lì)磁功率I0%為變壓器空載電流Pf為變壓器額定負(fù)載有功損耗即變壓器銅損Ud%為變壓器阻抗電壓K為無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，按變壓器在電網(wǎng)中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvarSe變壓器額定容量

2、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(fù)載的變化而變化。而負(fù)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(fù)載電流的平方成正比。I0%、Ud%為變壓器一個(gè)固定參數(shù)，它們由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說(shuō)明書(shū)提供，故變壓器損耗主要受負(fù)荷變化影響的銅耗決定。簡(jiǎn)介：負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)越高，為達(dá)到損耗電能越小，要選用損耗比越小的變壓器；負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)越低，為達(dá)到損耗電能越小，要選用損耗比越大的變壓器。將負(fù)載曲線的平均負(fù)載系數(shù)乘以一個(gè)大于1的倍數(shù)，通?？扇?-1.3，作為獲得最佳效率的負(fù)載系數(shù)，然后按b（1/R）1/2計(jì)算變壓器應(yīng)具備的損耗比。關(guān)鍵字：變壓器1、

3、變壓器損耗計(jì)算公式（1）有功損耗：PP0KT2PK-（1） （2）無(wú)功損耗：QQ0KT2QK-（2） （3）綜合功率損耗：PZPKQQ-（3） Q0I0SN，QKUKSN式中：Q0空載無(wú)功損耗（kvar） P0空載損耗（kW）PK額定負(fù)載損耗（kW）SN變壓器額定容量（kVA）I0變壓器空載電流百分比。UK短路電壓百分比平均負(fù)載系數(shù)KT負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)QK額定負(fù)載漏磁功率（kvar）KQ無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kWkvar）上式計(jì)算時(shí)各參數(shù)的選擇條件：（1）取KT1.05；（2）對(duì)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(fù)荷時(shí)，其無(wú)功當(dāng)量KQ01kWkvar；（3）變壓器平均負(fù)載系數(shù)，

4、對(duì)于農(nóng)用變壓器可取20；對(duì)于工業(yè)企業(yè)，實(shí)行三班制，可取75；（4）變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)T8760h，最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)：t5500h；（5）變壓器空載損耗P0、額定負(fù)載損耗PK、I0、UK，見(jiàn)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負(fù)載損耗，主要是負(fù)載電流通過(guò)繞組時(shí)在電阻上的損耗，一般稱(chēng)銅損。其大小隨負(fù)載電流而變化，與負(fù)載電流的平方成正比；（并用標(biāo)準(zhǔn)線圈溫度換算值來(lái)表示）。負(fù)載損耗還受變壓器溫度的影響，同時(shí)負(fù)載電流引起的漏磁通會(huì)在繞組

5、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P=P0 PC變壓器的損耗比=PC/P0變壓器的效率=PZ/（PZ P），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(guò)鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來(lái)的損耗。最早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

6、降低磁路損耗，增大導(dǎo)磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經(jīng)多次改進(jìn)，用035mm厚的硅鋼片來(lái)代替鐵線制作變壓器鐵芯。近年來(lái)世界各國(guó)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)能材料非晶態(tài)磁性材料如2605S2，非晶合金鐵芯變壓器便應(yīng)運(yùn)而生。使用2605S2制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的15，鐵損大幅度降低。（2）變壓器系列的節(jié)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(diǎn)，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的15，且全密封免維護(hù)，運(yùn)行費(fèi)用極低。我國(guó)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(fù)載損耗也較高。80年代中期又設(shè)計(jì)

7、生產(chǎn)出S9系列變壓器，其價(jià)格較S7系列平均高出20，空載損耗較S7系列平均降低8，負(fù)載損耗平均降低24，并且國(guó)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(wú)接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了6080，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(yùn)行時(shí)的噪音水平降低到3045dB，保護(hù)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(jià)格僅比S9系列平均高出30，其負(fù)載損耗

8、與S9系列變壓器相等。2）選擇與負(fù)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(shí)的負(fù)荷率M來(lái)選擇容量當(dāng)建筑物的計(jì)算負(fù)荷確定后，配電變壓器的總裝機(jī)容量為：SPjs/b×cos2(KVA)(1)式中Pjs建筑物的有功計(jì)算負(fù)荷KW；cos2補(bǔ)償后的平均功率因數(shù)，不小于0.9；b變壓器的負(fù)荷率。因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負(fù)荷率b。我們知道，當(dāng)變壓器的負(fù)荷率為：bm（1/R）1/2時(shí)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(fù)載損耗，或稱(chēng)銅損、短路損耗。以國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器為例，其最佳負(fù)荷率計(jì)算

9、如下：表國(guó)產(chǎn)SGL型電力變壓器最佳負(fù)荷率m容量(千伏安)500630800100012501600空載損耗(瓦)185021002400280033503950負(fù)載損耗(瓦)48505650750092001100013300損耗比R2.622.693.133.203.283.37最佳負(fù)荷率m61.861.056.655.255.254.5由表可見(jiàn)，如果以m來(lái)計(jì)算變壓器容量，必將造成容量過(guò)大，使用戶(hù)初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負(fù)荷P30的統(tǒng)計(jì)值，例如民用建筑的用電大部分時(shí)間實(shí)際負(fù)荷均小于計(jì)算負(fù)荷Pjs，如果按m計(jì)算變壓器容量則不可能使變壓器運(yùn)行在最高效率m上，這樣不僅不能節(jié)

10、約電能且運(yùn)行在低值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負(fù)荷率m來(lái)計(jì)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(shí)的節(jié)能負(fù)荷率j計(jì)算容量由于實(shí)際負(fù)荷總在變化，無(wú)法精確計(jì)算出變壓器的電能損耗。然而對(duì)于某類(lèi)電力用戶(hù)，它的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)，最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)可依據(jù)同類(lèi)用戶(hù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)近似計(jì)算。變壓器的年有功電能損耗可按下式估算WbPoTb PKH(Sjs/S2e)²PoTb PKH²(3)式中計(jì)算負(fù)荷率，等于變壓器的計(jì)算視在容量Sjs與額定容量Seb之比Tb變壓器年投運(yùn)時(shí)間年最大負(fù)荷損耗時(shí)間，可由年最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)Tm查T(mén)m-關(guān)系曲線。用戶(hù)電力負(fù)荷消耗的年有功能

11、為：WSebcosTm(4)則變壓器的年有功電能消耗率為：WWb/W（PoTb PKH²）/SebcosTm(5)令dWd0求出變壓器年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率j；j（PoTb/PKH）1/2（Tb/）1/2*M(6)即配電變壓器按照節(jié)能負(fù)荷率j計(jì)算容量時(shí)，其年有功電能損耗率最小。由式(6)可見(jiàn)，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率與年最大負(fù)荷損耗時(shí)間有關(guān)，越低j越高。然而由于Tm值及Tm值所對(duì)應(yīng)的值，對(duì)于高層民用建筑還沒(méi)有這方面的統(tǒng)計(jì)資料，可參考工業(yè)企業(yè)的類(lèi)似資料。Tb按7500h，而根據(jù)高層民用建筑的不同功能，值在2300-4500范圍內(nèi)選取，因此j=(1.3-1.8)M。從表(1)干式變

12、壓器的最佳負(fù)荷率M值，可求出節(jié)能負(fù)荷率j。對(duì)于高層寫(xiě)字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時(shí)間均處于輕載，其電力負(fù)荷的運(yùn)行特點(diǎn)，相當(dāng)于工業(yè)企業(yè)的單班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率j=0.85-0.98；對(duì)于高層賓館及高層建筑中以商業(yè)為主的大廈，其相當(dāng)于工業(yè)企業(yè)的兩班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負(fù)荷率j=0.71-0.85。由此可見(jiàn)，按節(jié)能負(fù)荷率計(jì)算變壓器的容量，要小于按最佳負(fù)荷率所計(jì)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(jì)負(fù)荷率計(jì)算容量上節(jié)分析可知按年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率j計(jì)算變壓器的容量有利于節(jié)省初投資。然而相當(dāng)于二班制運(yùn)行特點(diǎn)的高層建筑中的配電變壓器，按j

13、計(jì)算出的容量還是偏大，必將增加用戶(hù)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(shuō)能否做到初投資省和電耗小這對(duì)矛盾在變壓器運(yùn)行在負(fù)荷率的某一區(qū)域內(nèi)獲得相對(duì)統(tǒng)一，下面我們對(duì)變壓器的年有功電能損耗率公式作進(jìn)一步的分析。對(duì)同一變壓器，在某一負(fù)荷率運(yùn)行情況下的年有功電能損耗率如式(5)，而在節(jié)能負(fù)荷率下的年有功電能損耗率為：Wj（PoTb PKH2j）/jSebcosTm(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/Wj1/2（/j j/）(8)上式為變壓器運(yùn)行在某一負(fù)荷率時(shí)的年有功電能損耗率相對(duì)于運(yùn)行在節(jié)能負(fù)荷率j時(shí)的年有功電能損耗率隨相對(duì)節(jié)能負(fù)荷率變

14、化的函數(shù)關(guān)系。該式中當(dāng)j時(shí)，W/Wj1，當(dāng)j或j時(shí)，W/Wj均大于1。當(dāng)/j從1.0增加到1.3，增加30時(shí)，W/Wj從1.0增加到1.035，只增加了3.5；當(dāng)/j從2.0增加到2.3，增加15時(shí)，W/Wj從1.25增加到1.37，增加了9.6?？梢?jiàn)在/j的低值區(qū)，W/Wj的增加值相對(duì)于/j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(shuō)，在該區(qū)域中，我們用微小的年電能損耗率增加值來(lái)?yè)Q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(duì)節(jié)能負(fù)荷率/j在1-1.3范圍內(nèi)，即經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率為：jj(11.3)j(9)我們按經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率jj選出的變壓器容量，要比按節(jié)能負(fù)荷率j選出的變壓器容量降低一級(jí)，由此而節(jié)約的初投資遠(yuǎn)大于配電變壓器的年有功電能損耗費(fèi)用，做到了經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性這對(duì)矛盾的相對(duì)統(tǒng)一，顯然這是一種既科學(xué)又經(jīng)濟(jì)合理的方法。這里討論的配電變壓器容量的計(jì)算方法，主要是針對(duì)高層建筑中所使用的變壓器，即使用干式或環(huán)氧樹(shù)