调容变压器范文（精选6篇）
调容变压器 第1篇
关键词：调容变压器,损耗曲线,节能,临界容量
0 引言
调容变压器 (以下简称调容变) 是近年研发并推广应用的配电变压器, 其额定容量可根据负荷转换, 从而解决变压器长时间轻载运行损耗较大问题, 达到节能目的。由于调容变实际应用时间不长、运行数量不多, 人们对它的特点尤其是运行特性还不太了解, 甚至在对调容变和普通变压器的运行损耗做简单对比后得出了“调容变似乎并不节能”的结论, 因此本文基于调容变特点, 对调容变的运行损耗进行数值计算和图像分析, 以期指导调容变节能应用。
1 调容变概述
调容变是一种特殊配电变压器, 具有两种额定容量。在实际运行中, 它根据负载情况对高压绕组联接组进行“D”、“Y”变换, 同时对低压绕组进行“并联”、“串联”变换, 从而实现两种额定容量的转换。调容变在两种额定容量下具有不同的空载损耗和负载损耗, 因此根据实际负荷来调整额定容量, 可防止“大马拉小车”, 减少运行电能损耗。调容变主要用于负载分散、季节性用电量差异大且平均负荷率较低的场合。
调容变两种额定容量间的转换可采用无载调容开关实现, 即在变压器停电后操作调容开关, 同时改变高、低压绕组的联接方式, 实现额定容量的转换;也可采用有载调容开关实现, 即根据实际负荷情况, 在运行状态下操作调容开关, 实现额定容量的转换。如果再给有载调容开关配以自动控制器, 那么就可以根据负荷的大小和变化情况对调容变实现两种额定容量间的自动转换。显然, 采用有载调容开关可以大幅缩短调容变容量转换时间并减少工作量, 从而提高供电可靠率, 同时还能达到减少变压器电能损耗的目的。
在调容变产品型号的组成形式中, 将低档位的额定容量写在括号中, 如一台三相油浸密封式、损耗水平为“11”、315kVA变换为100kVA的10kV有载调容变的型号为S11-M.ZT-315 (100) /10, 其中的“ZT”表示“有载调容”。在给出调容变的其它技术参数值时, 也将对应于小额定容量的值写在括号中, 如某台调容变的空载损耗PO为290 (130) W、负载损耗PK为3 200 (1 250) W, 括号中的数值即为对应于小额定容量的值。
2 变压器的损耗和节能
2.1 变压器的损耗
变压器运行时的损耗P由空载损耗PO和负载损耗PK构成, 即:
式中, PO为变压器运行时的空载损耗;PK为变压器运行时的负载损耗;SN为变压器的额定容量;PKN为变压器满载运行时的负载损耗 (额定负载损耗) ;S为变压器运行时所带负荷的视在功率;β=S/SN为变压器的负载系数。
对于一台成品变压器, 其PO是不会随变压器所带负荷大小而变化的。
式 (1) 中, 变压器的负荷用视在功率S来表示, 并没有用有功功率P和无功功率Q来表示, 这是因为分析的是变压器运行时的负载损耗值, 而它只与负荷的电流值有关。在电压值一定的情况下, 负荷电流所对应的就是负荷的视在功率, 因此负荷的视在功率S也就代表了负荷电流。
变压器运行时的负载损耗PK不但与额定负载损耗PKN有关, 还与负载系数β有关。当PKN一定时, PK随变压器所带负荷大小而变化, 与负载系数的平方成正比。
对于一台成品变压器, 由于其SN、PO、PKN都是常数, 因此可得到一个关于变压器所带负荷S的二次方程。
把给定变压器的技术数据代入式 (2) , 并绘出其图像, 就会得到变压器的损耗曲线P (S) , 如图1所示。
损耗曲线上每个点的横坐标表示变压器所带负荷的视在功率S, 纵坐标表示此负荷对应的损耗P。当变压器带负荷运行时, 其损耗P就会随着负荷S的变化沿着这条曲线变动, 即损耗曲线表明了变压器运行时的损耗与其所带负荷的关系。
2.2 变压器的节能
变压器作为一种电能变换和传输设备, 它在运行过程中自身所消耗的电能越小越好, 即要求变压器能够节能。通常说的“变压器节能”有两方面含义。
(1) 节能变压器。甲、乙两台额定容量相同的变压器满负荷运行时, 如果甲变压器的损耗P甲 (P甲=PO甲+PK甲) 小于乙变压器的损耗P乙, 那么甲变压器比乙变压器节能。
(2) 变压器节能运行。甲、乙两台容量不等或相等的变压器带相同容量负荷时, 如果甲变压器的损耗P甲小于乙变压器的损耗P乙, 那么在此负荷水平下, 甲变压器比乙变压器节能。
无论是以上哪种情况, 变压器节能都是对其空载损耗与负载损耗之和而言, 都要求二者之和尽可能小。
实现第一种含义的变压器节能, 要依靠变压器的制造厂家从设计思路、计算方法、原材料性能、结构型式、制造工艺等方面采取措施, 尽可能地降低变压器的空载损耗和负载损耗, 从而制造出低损耗或节能变压器。
实现第二种含义的变压器节能, 要依靠变压器的运行单位。运行单位首先要选用低损耗变压器, 同时要根据变压器的台数和各自的损耗曲线, 在负荷变化时合理调整变压器的运行方式, 以实现在这一负荷水平下变压器损耗最小, 从而达到节能目的。本文所说的调容变节能运行就是从第二种含义上讲的。
3 调容变节能运行分析
某台型号为S11-M.ZT-315 (100) /10的有载调容变, 其空载损耗为480 (200) W, 额定负荷损耗为3 830 (1 500) W, 下面将根据负荷大小合理安排其运行方式。
3.1 计算分析
为了便于分析调容变的节能运行条件, 引入节能临界容量SLJ。其物理意义是:当调容变所带负荷为SLJ时, 调容变分别运行于两种额定容量档位时的损耗是相等的。根据式 (1) 有:
由式 (3) 可得SLJ为50.13kVA, 即当S为50.13kVA时, 调容变运行在100kVA档和315kVA档的损耗一样, 都为577W。式 (3) 经过变换, 并代入SLJ的值, 有:
式 (4) 左边是调容变大容量档时的空载损耗与小容量档时的空载损耗的差值, 即小容量档时的空载损耗比大容量档时的小280W;式 (4) 右侧是当所带负荷为50.13kVA时, 小容量档时的负载损耗与大容量档时的负载损耗的差值。由此可见, 小容量档时空载损耗低的优势在S=SLJ时已被此时因负载系数相对较大 (β=50.13kVA/100kVA=0.501 3) 而产生的较大负载损耗完全抵消。尽管大容量档时的额定负载损耗较大, 但相对于315kVA的额定容量来说, 负荷为50.13kVA时的负载系数 (β=50.13kVA/315kVA=0.159) 实在是太小了, 此时大容量下较低的负载损耗与小容量档时较大的负载损耗之差在数值上正好等于两个空载损耗的差值。
根据式 (2) 和给定的调容变参数, 可计算出当实时负荷S=0 (空载运行) 、S
根据节能临界容量的概念和表1结果, 可初步得出调容变节能运行的基本规律:当0≤S
3.2 图像分析
对应于调容变的两种额定容量, 有P100 (S) 和P315 (S) 两条损耗曲线, 如图2所示。调容变运行在哪个容量档位上, 损耗P就沿着对应损耗曲线随负荷变化。
(1) 因PO, 100
(2) 当0
(3) 当S=SLJ时, 两条损耗曲线有一个交点, 表明此时调容变运行在小容量档与运行在大容量档的损耗相等。
(4) 曲线P100 (S) 的陡度较大, 表明随负荷S的增大, 损耗P急剧上升;曲线P315 (S) 的走势平缓, 表明随负荷S的增大, 损耗P缓慢上升。曲线P100 (S) 上升较快, 虽然它的起点较低, 但在S=SLJ时, P100 (S) “追赶”上了P315 (S) , 而且当SLJ
(5) 实时负荷S越接近小额定容量SN1, 调容变运行在大容量档的节能效果就越明显, 在图像上表现为实时负荷S距小额定容量SN1越近, 两条曲线的差值就越大。这个差值就是当SLJ
由以上分析可以得出结论:当实时负荷S增加到SLJ时, 应将调容变从小容量档转换至大容量档, 而不要等到负荷增加到接近或等于小容量时才转换额定容量的档位。
(6) 当SLJ
从数值计算和图像分析可知, 调容变实现节能运行的本质就是根据所带负荷的大小和变化情况, 运用人工或自动控制手段适时调节运行容量档位, 使调容变始终运行于较低的损耗曲线上, 从而达到节能目的。
4 结束语
调容变适用于负荷波动大且多数时间处于较低负荷状态的供电场合, 农村季节性负荷、单班制工矿企业、每天最大负荷持续时间很短等年平均负载率较低用户都可以选用调容变。为了使调容变达到节能运行目的, 应根据负荷大小和变化情况适时转换两种额定容量, 保证损耗始终最低。为了实现实时跟踪负荷大小, 适时调整调容变的容量档位, 宜选用有载调容变开关并配套使用自动控制器, 这样不仅可以减少运行人员工作量, 提高供电可靠性, 而且可以真正实现节能运行。有载调容变自动控制器的容量转换值应整定为节电临界容量SLJ, 且设置一定延时, 以防止负荷波动引起误调容;容量转换值绝不可整定为小额定容量的值, 因为在SLJ
参考文献
[1]JB/T 10778—2007三相油浸式调容变压器[S]
[2]姚志松, 姚磊.中小型变压器实用大全[M].北京:机械工业出版社, 2008
[3]姚志松, 姚磊.新型节能变压器选用运行与维修[M].北京:中国电力出版社, 2010
浅谈有载调容变压器设计 第2篇
长期以来, 我国农村电网具有负荷分散、季节性强、平均负荷率低的特点, 在农网建设与改造中选用的变压器应符合农网的负荷特点, 进一步降低变压器的空载损耗和空载电流, 满足当前和今后数年内, 新装和更换的配电变压器具有技术先进性和运行可靠性。无载调容量变压器适用于季节性负载的变化, 当空 (或轻) 载时可以换挡降低容量, 减少变压器的铁心损耗, 具有明显的节电效果。但因需要停电手工切换, 限制了它的便用范围.适用于农村、林场、盐场等用电量变化较大而变化周期较长的用户。为使调容量变压器节电量更大、操作更方便, 适用范围更广泛, 特别是能适应变化周期较短的用户, 研发成功有载调容量变压器, 投入运行后情况良好, 节电显著, 达到了预定的安全、可靠、节电显著、操作方便、制造成本低廉的目标。而S13型有载调容变压器正是根据这一特点设计的变压器, 完全可以满足各种用户的需求。
2 设计思路
有载调容变压器是一种具有大小两个容量, 并可根据负荷大小进行带电调整的有载配电变压器。其基本设计思想是:变压器三相高压绕组在大容量时接成三角形 (D) , 小容量为星形 (Y) 每相低压绕组由三部分组成:一是少数线匝部分 (Ⅰ段) , 另外的多数线匝的线段由两组导线并绕而成两部分 (Ⅱ, Ⅲ段) 。大容量时Ⅱ、Ⅲ段并联再与Ⅰ段串联, 小容量时Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段全部串联。大容量时, 低压总匝数为三段, Ⅰ、Ⅱ段分别为73%匝, Ⅲ段为27%匝。由大容量调为小容量时, 低压绕组匝数增加, 同时高压绕组变为Y接法而相电压降低, 且匝数增加与电压降低的倍数相当, 可以保证输出电压不变。
高压绕组联结方式的改变, 低压绕组并、串联的转换以及各分接部分的调整均由特制的有载磁调容开关完成。同时, 大容量调为小容量时, 由于低压匝数的增加, 铁心磁通密度大幅度降低, 而使硅钢片单位损耗变小, 空载损耗和空载电流也就降低了, 达到降损节能的目的。
3 设计案例
设计S13-M-ZT-200 (63) /10/0.4变压器, 容量为200k VA时, 取低压总匝数为37匝, 则第Ⅰ段匝数为:10匝, 第Ⅱ、Ⅲ段均为:27匝, 由于Ⅱ、Ⅲ段并联的关系, 故总匝数为37匝。
(1) 设计时需要特别注意的地方就是对于低压匝数的选取, 选取一个合适的低压匝数, 可以使变压器在调节容量时, 电压波动较小。如本案例, 容量为200KVA时, 高压线圈为D接, 电压比为43.3, 由低压匝数为37匝, 则匝电势为6.2416V, 可以得出高压额定档匝数为1602匝。通过有载开关切换到小容量后, 可知低压匝数为64匝, 匝电势为3.6084V, 而高压线圈切换为Y接, 电压比为25, 得出高压为10KV时的额定匝数为1600匝。设计时取高压额定档匝数为1601匝, 容量为200KVA时主分接电压比校核值为0.07%, 容量为63KVA时主分接电压比校核值为0.06%, 均小于0.25%, 电压偏差值均能满足使用要求。
(2) 计算负载损耗时, 需要特别注意计算低压线圈Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段之间的连接引线, 由于低压连接引线至有载分接开关有相当长一段距离, 引线总长一般可以达到10米左右, 如不严格计算此引线总长, 则总损耗会超过标准值。
(3) 对于阻抗电压的计算, 不能按照常规10KV油浸式变压器取工艺系数K=1, 而是取值为K=1.15~1.2。
通过上表测试结果, 可以得出有载调容变压器的设计是符合国家标准要求的。
4 结束语
有载调容变压器的容量随负载容量的增减而增减, 满足交变负荷运行的要求, 改变了以往大马拉小车的不合理现象, 降低了电网占有率, 负荷小时, 空载损耗下降50%多, 从而大大节省了增容费和运行费。提高了电网的功率因数, 降低了网损。由此可见, 采用调容变压器经济效益十分明显, 推广使用此有载调容变压器市场潜力很大。
参考文献
智能型有载调容变压器设计分析 第3篇
智能型有载调容变压器是一种具有大小两种额定容量, 根据用户所带负荷大小, 由调容控制器自动检测判断。当负荷发生变化, 开关的电机得到控制器指令后转动, 经两级蜗轮蜗杆减速后, 带动弓形板推动摇臂, 使拉伸弹簧逐步拉伸储能, 当过“死点”位置时, 弹簧储能突然释放, 摇臂带动拔槽件迅速拔动槽轮, 槽轮带动主轴使动触头, 辅助触头及过渡电阻转过一个分度槽, 使开关实现了带负荷时的高压星、角, 低压串、并联转换, 从而实现容量的切换。
1 大小容量组合设计
大容量时高压为D接, 小容量时高压为Y接, 则:
式中:
Sd———大变压器的容量, k VA;
SY———小变压器的容量, k VA;
Id———大容量相电流, A;
IY———小容量相电流, A;
Ud———大容量相电压, V;
UY———小容量相电压, V;
短路阻抗表达式为:
式中:
Udk, UYk———大小容量变压器的短路阻抗, %;
Nd, NY———大小容量变压器的高压线圈匝数;
etd, et Y———大小容量匝电势, V;
由于UY=Ud/3^0.5因此式 (2) 又可写为:
又由于Nd=NY, 所以式 (4) 又可表达为:
而630k VA以下容量的短路阻抗均为4%, 即Udk=UYk, 则从式 (3) 和式 (6) 得IY=Id/3^0.5 (7)
把它代入式 (5) , 得:
比较式 (1) 和式 (8) , 得出如下结论:
即为了保证大小容量的短路阻抗相近, 小变压器容量应约为大变压器容量的三分之一。
2 变压器线圈设计
2.1 高压线圈设计
大小容量线圈的匝数不变, 导线截面按满足大容量电流设计。大容量线圈为D接, 小容量线圈为Y接。
2.2 低压线圈设计
由于小容量高压线圈匝数与大容量相同, 而相电流则为大容量的1/3^0.5倍, 即0.577倍, 因此小容量的低压匝数应为大容量的3^0.5倍, 即为1.732倍, 这样才能保证小容量的高低线圈的安匝数相等。
将低压线圈设计成3个部分, 第1部分与第2部分匝数相同, 记为N12, 第3部分匝数记为N3。
大容量时第1部分、第2部分并联后再与第3部分串联, 即匝数为N12+N3。则第1部分、第2部分的线匝N12的导线截面应满足大容量一半的电流即可。第3部分线匝N3就应按满足大容量电流截面选取。
小容量时把3部分均串联起来, 即匝数为2N12+N3。由于小容量的容量约为大容量的三分之一, 则满足大容量电流一半的N12线匝的截面就一定能满足小容量电流的要求, 这样就保证了变压器容量切换后的额定容量的输出。
由于小容量的低压匝数为大容量的根号3倍, 则有:
因此有N12/N3= (3^0.5-1) / (2-3^0.5) ≈2.732
3 引线设计
由于联结到有载开关的低压引线多且长, 因此引线要用铜母线, 且截面选取宜大一些, 这样才能满足负载损耗的要求。为了低压接头与开关顺利相连, 联结处应采用伸缩接头。引线必须用层压板制作的导线夹紧, 否则很难满足变压器抗突发短路的能力要求。
4 智能化设计
采用智能控制器, 嵌入式ARM设计, 汉显操作, 内存量大, 能自动记录2年以上变压器负荷变化情况及开关动作次数等变压器运行数据, 并且停电时数据不丢失, 自动连续记录。
自动检测变压器负荷大小, 能判断调节输出容量, 向有载调容开关发出升容或降容指令, 在变压器不停电的情况下完成容量的自动切换。
作出电压相序检测判断, 能对变压器本体和调容开关及电机起到保护作用。
根据用户负载变化的不同, 设置容量自动切换的额定峰值及自动切换的延时时间。
通过RS485、RS422或RS232数据通信接口按照CDT通信规约和RTU实现通信, 实现了“遥测、遥信、遥控、遥调”四遥功能, 能远程监视和控制, 进行远程故障监测和操作, 减少现场工作量。
5 电容补偿
采用智能式动态补偿电力电容器, 能显著提高用电效率。有手动和智能自动补偿功能。自动投切功能可以跟据采集的信号, 实现对变压器容量及功率因数的实时监测, 实现动态智能化控制。
通过采集的电压、电流、功率因数, 电压谐波含量测量, 电容器三相电流, 电容器内部温度等参数, 实现回路短路保护、过电流保护、过压、欠压保护, 过温保护, 缺相保护, 三相不平衡保护等保护功能。
具有RS485网络通信联机功能, 可以自动检测及跟踪系统无功的变化, 自动投切电容器组。容量相同的电容器按循环投切原则, 容量不同的电容器按适补的原则投切。电容器先投先退、先退先投;电容器运行温度低的先投, 运行温度高的先退;补偿工况恒定时, 电容器每十五分钟循环投切, 避免单只电容器长时间投运。
无功功率补偿设置足够小的补偿单元 (最小可达5kvar, 接近无级补偿) , 提高补偿精度, 保证在小容量负载时的功率因数, 可以满足在各种用电负荷下达到很高的功率因数。
6 结束语
调容变压器通过高压绕阻联结阻别“D”转换为“Y”, 低压匝数通过串、并联变换, 两者间匹配好1.732倍的关系, 达到空载和负载同时降容的目的。容量关第一般大容量是小容量三倍左右, 短路阻抗基本保持不变。通过智通调压控制器和智能式动态补偿电力电容器实现智能有载调容和接近无级无功补偿。
摘要：本文介绍了智能型有载调容变压器的设计原理, 总结了调容变压器大小容量的低压匝数的选取方法及设计中要注意的一些问题, 提出了实现变压器的智能化及精细化电容补偿的一些思路。
关键词：智能型有载调容变压器,智能化,电容补偿
参考文献
调容变压器 第4篇
变压器是电力系统中的主要设备之一,变压器损耗在电网损耗中占有较大的比重,因此降低变压器损耗成为势在必行的节能措施之一,我国各类节能变压器也应运而生。为了满足节约能源和可持续发展的要求,太原万鹏变压器制造有限公司自主研发了非晶合金有载调容变压器,此变压器在昼夜负荷变化明显的城区、季节性负荷变化幅度很大的农村电网、油田等应用广泛。
1 非晶合金有载调容变压器的组成及工作原理
1.1 非晶合金有载调容变压器的组成
非晶合金有载调容变压器包括变压器本体、调容开关、调容智能控制系统。变压器本体包括高压绕组、低压绕组、铁心及器身等。太原万鹏变压器公司成功研制的SH15-M.ZT-315(100)/10变压器选用了辽宁金力电力电器有限公司的开关,此开关是一种复合式电阻过渡埋入式有载调容分接开关。
1.2 非晶合金有载调容的工作原理
智能控制器通过对变压器低压侧的电流和电压的监测来判断当前负荷的大小,并根据容量整定值来判定相关的制约条件,如果满足既定条件就会发出相应的命令给有载调容开关,然后开关根据指令进行可靠开闭动作,以完成变压器高压线包的星、角变换和低压线包的串、并联转换,在不需要停电的情况下完成变压器容量的转化。
2 技术特性
2.1 铁心材料及其性能
铁心采用非晶合金材料,非晶合金是一种新型节能材料,采用快速急冷凝固生产工艺,其物理状态表现为金属原子呈无序非晶排列,它与硅钢的晶体结构完全不同,更利于被磁化和去磁。这种新材料用于变压器铁心,变压器磁化过程相当容易,从而大幅度降低了变压器的空载损耗,它在油中可减排CO、SO2、NOX等有害气体,被称为绿色材料。非晶合金对机械应力敏感,在变压器结构设计时,铁心需采取特殊的紧固结构,避免铁心作为主支撑结构。为减少谐波对供电质量的影响,采用三相三柱铁心结构,这样可避免三相不平衡负载电流引起的三相电压失衡。
2.2 绕组结构及调容过程
有载调容变压器具有大、小两个容量。在小容量时,三相高压绕组为星接,低压绕组为串联;在大容量时,三相高压绕组为角接,低压绕组为并联。变压器与有载调容开关调容原理如图1所示,以一相为例,变压器高低压线圈出头A、X、a1、x1、a2、x2分别连接到对应调容开关头上。
高压绕组在大容量时,X与B、Y与C、Z与A处于闭合状态,X、Y与Z处于断开状态;在小容量时,X、Y与Z处于闭合状态,X与B、Y与C、Z与A处于断开状态。所以,高压绕组需要6个触点与开关连接,来实现角接-星接转换。每相低压绕组由多数匝部分(73%)和少数匝部分(27%,I段)组成,多数线匝部分由并联的两股绕组(Ⅱ、Ⅲ段)构成,每股绕组的导线截面积大约为少数匝部分导线截面积的1/2。小容量时I、Ⅱ、Ⅲ段全部串联,x1与a2处于闭合状态,a1与a2、x1与x2处于断开状态。大容量时Ⅱ、Ⅲ段并联再与I段串联,a1与a2、x1与x2处于关闭状态,x1与a2处于断开状态。因此,低压绕组抽出15个接点来实现并、串联转换。
在大容量时,由于高压绕组为角接,低压绕组为星接,则有:
其中:U高相、U低相分别为高压相电压和低压相电压;U高线、U低线分别为高压线电压和低压线电压;U1、U2分别为大容量时一、二次绕组的相电压。
根据相电压之比等于匝数之比,有U1/W1=U2/W2,故有:
其中:W1、W2分别为一、二次绕组匝数。
当变压器由大容量转为小容量时,高压绕组由角接转为星接,低压绕组由并联转为串联,即:
此时,由于低压绕组由2个多数匝部分(73%)和1个少数匝部分串联而成,此时低压匝数W2′=(27%+73%+73%)W2=1.73W2,即低压绕组匝数提高为原来匝数的1.73倍,相应地变压器铁心磁密下降,单位铁损降低,从而变压器空载损耗和空载电流也大幅下降。并且根据相电压之比等于匝数之比,有结合公式(3),说明一、二次电压在大、小容量转换时保持关系恒定,更加说明该变压器能起到节能降耗的作用。
2.3 整体组成及外形结构
非晶合金有载调容全密封配电变压器外形除增加一有载调压开关和智能控制器之外,基本等同于常规全密封配电变压器,其基本组成配置包括变压器、有载调容开关、智能控制器、压力释放阀、气体继电器、油位计、波纹油箱。其外形结构如图2所示。
3 能耗数据对比以及经济分析
为了进一步分析有载调容变压器的节能特点,我们进行了详细的试验测试及对比。表1为一台新型非晶合金有载调容全密封变压器SH15-M.ZT-315(100)/10与两台有载电力变压器SZ9-315/10和SZ9-100/10的试验数据。
表1中,空载电流Io(%)为双绕组变压器当二次绕组开路、一次绕组施加额定频率的额定电压时,一次绕组中所流通的电流,其值通常以额定电流的百分数表示。短路阻抗Uk(%)为双绕组变压器当二次绕组短接、一次绕组流通额定电流而施加的电压,其值通常以额定电压的百分数表示。
从表1中数据可以看出:当正常满容量即不调容时,新型变压器的空载损耗下降为原来的25.4%,空载电流下降为原来的35.7%,负载损耗下降为原来的90%;经调容以后,其空载损耗下降为原来的11.2%,空载电流下降为原来的63.3%,负载损耗下降为原来的96.8%。
通过分析可以看出,与采用有载电力变压器SZ9相比,采用非晶合金有载调容以后,无论空载损耗还是负载损耗均有了明显的下降。
4 结论
经过以上各项数据分析,非晶合金有载调容变压器的损耗较有载电力变压器的明显降低,特别是空载损耗,故采用非晶合金有载调容全密封变压器所带来的经济效益是非常显著的,值得借鉴和推广,以达到节约能源和可持续发展的目的。
参考文献
[1]沈阳变压器研究所,武汉高压研究所.JB/T10318-2002油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求[S].北京:中华人民共和国国家经济贸易委员会,2002:1-7.
调容变压器 第5篇
电力系统从发电、变电、输电、配电到 用户用电, 要进行多次升压、降压及逆变, 不论哪种电压变换, 多多少少 总有损耗, 用电变压器损耗较为明显, 约占系统发电量的10%。虽然用电变压器技术成熟、转换效率很高, 但其数量多、容量大, 故总损耗还是比较大的。据不完全资料统计, 电网60%~65%的损耗中, 约有70%损耗在变压器上。如果 变压器损 耗能降低1%, 每年就可节约上百亿度电。因此, 国家电网公司在农村电网的第一期、第二期改造中, 投入了大量资金将老式配电变压器 更换成新型节能型有载调容变压器, 用于降低农村电网的线 损。我国农村电网负荷的季节性强、峰谷差较大, 导致改造后农 村电网配电变压 器的损耗 仍然较大, 造成了大 量电力资 源的浪费[1]。
1节能型有载调容变压器
节能型有载自动调容变压器的产生, 就是为了解决农网中“大马拉小车”的问题。调容变压器具有大小2种额定容量, 额定容量的变比约为3∶1, 2种额定容量运行方式可以自动无缝转换。在输出电压不改变的情况下, 实现变压器容量大小的自动调节, 小容量变压器适应小负荷, 大容量变压器适应大负荷, 可大大降低变压器的损耗。尤其适用于用电季节性较强、用户负荷波动较大、用电比较集中、平均负载率低的场合。因此, 在低压配电网中, 该变压器应用空间广阔。
1.1节能型有载调容变压器的基本原理
节能型有载调容变压器的基本设计原理是:变压器的三相绕组在大容额定量状态下组成三角形接法, 小额定容量状态下组成星形接法。每相绕组由2部分组成:一是少数 线匝部分, 二是多数线匝部分。大容量时, 多数线匝部分并联再与少数线匝部分串联;小容量时, 多数线匝部分串联再与少数线匝 部分串联。
每相绕组的少数线匝 部分约占27%, 多数线匝 部分约占73%。多数线匝部分导线的截面积约为少数线匝 部分导线 截面积的1/2。输入、输出公式如下:
式中, Uo为有载调容变压器输出电压 (V) ;Uin为有载调容变压器输入电压 (V) ;N1为有载调容变压器输入绕组;N2为有载调容变压器输出绕组。
节能型有载调容变压器从大额定容量状态调整为小 额定容量状态时, 输入绕组连接方式由三角形改为星形, 则小额定容量状态下Uin是大额定容量 状态下Uin的, 小额定容 量状态下的输出绕线匝数N2是大额定容量状态下绕线匝数N2的倍, 由于有载调容变压器Uin和N2增加的倍数相同, 从而保持输出电压Uo稳定不变。大额定容量调为小额定容量时, 原理同大额定容量转小额定容量原理。由于低压绕组匝数的增加, 空载损耗 和空载电 流相应降 低, 达到了降 损节能的目的[2]。
1.2节能型有载调容变压器的技术特点
节能型有载调容变压器 (容量同于干式变压器) 相比于普通干式配电变压器, 有如下技术特点:
(1) 节能型有载调容变压器在同额定容量状态下, 各项性能指标略优于普通干式变压器, 因其绕组及结构原理的升 级, 使得空载损耗低, 空载电流小, 完美适应低压配电网中负载 率低的状况, 节能效果好。
(2) 节能型有载调容变压器的短路阻抗基本上接近于国内标准最小值。
节能型有载调配电变压器, 在大额定容 量状态下, 负荷率低于额定容量的40%时, 可及时调到小额定容量状态, 有效解决“大马拉小车”的问题, 同时其性价比高于传统的“母子变压器”。
1.3节能型有载调容变压器损耗分析
节能型有载调容变压器是通过改变调容变压器 的额定容量达到节能的目的, 大额定容量状态下有载调容变压器的空载损耗和负载损耗相对较大, 小额定容量状态下的空载损耗和负载损耗相对较小, 其两种损耗适用相同的公式损耗计算公 式, 仅仅参数有差异。
普通干式变压器的电能损耗分为有功电能损耗 和无功电能损耗, 总损耗为有功损耗和无功损耗之和。节能型有载调容变压器有2种额定容量, 其每日电能损耗为其大额定容量电能损耗和小额定容量电能损耗之和。
普通干式变压器的电能损耗计算公式如下:
式中, ΔΡ0D为变压器空载有功损耗 (kW) ;TD为变压器连接供电线路时间 (h) ;ΔΡKD为变压器在额定负载时的有功功耗 (kW) ;SC为变压器负载 (kVA) ;SN为变压器容量 (kVA) ;τD为变压器的最大负载损耗时间 (h) ;ΔQ0D为变压器空载无功损耗 (kW) ;ΔQKD为变压器在额定负载时的无功功耗 (kW) 。
节能型有载调容变压器损耗计算公式为大额定 容量普通干式变压器损耗与小额定容量普通干式变压器损耗之和, 即:
式中 , ΔS总为变压器 总电能损 耗 (kW) ;ΔS高容量 为高容量 变压器电能 损耗 (kW) ;ΔS低容量 为低容量 变压器电 能损耗 (kW) 。
2应用节能型有载调容变压器的经济效益
辽宁辽阳的科技示范项目中, 就安装了1台节能型有载调容变压器, 容量为S9 (315/100kVA) , 替换原有的普通干式变压器, 容量为S9 (315kVA) , 图1为有载调容变压器现场运行图。此节能型有载调容变压器供应200多户居民的正常供电, 其绝大部分时间处于小负荷运行状态, 但在用电高峰期 (早上06:00—08:00、中午11:00—13:00、下午17:00—21:00) 、农忙期存在过负荷运行的状况, 影响了居民的正常用电。节能型有载调容变压器投运一年以来, 容量累计切换次数多达1051次, 大额定容量状态下累计运行时间约1311h, 小额定容量累计运行时间约7449h, 平均每天大额定容量状态下仅仅运行约4h, 其余时间均在小额定容量状态下运行, 很好地解决了低压配电侧负荷不均衡造成的“大马拉小车”问题, 大大降低了变压器损耗, 节约了电能, 提高了电能质量。
由公式 (2) 、 (3) 计算可知, 每台S9 (315/100kVA) 节能型有载调容配电变压器比同容量的S9 (315kVA) 型普通干式变压器每年可节约电量约3600kW·h。
3结语
随着国家电网公司发展重心的逐渐倾斜, 节能、清洁、自动化愈加受到国家电网重视, 国家在中、低压配用电系统中 的投资也会越来越大, 其会呈爆炸式发展。而节能型有载调容变压器的出现, 完全满足国家电网的节能、清洁、自动化 发展需求, 相信节能型有载调容变压器的市场会越来越广阔。
参考文献
[1]王志凤, 王作军, 姚伟.有载调容变压器在农村电网中的应用[J].供用电, 2009 (5)
调容变压器 第6篇
调容变压器的产生就是针对像农村电网这样季节性峰谷差明显的用电负荷。调容变压器有2个额定容量, 比值约3∶1, 2个额定容量可以自动无缝切换, 小容量在负荷小的时候用, 大容量在负荷大的时候用, 这样可以降低配变的损耗[2]。但是, 目前调容变压器适用的负荷特性只是定性给出, 没有定量的适用范围, 如果容量切换点设置不当, 不仅不能减少损耗, 还可能增加损耗。另外, 变压器在选择时还要考虑中长期负荷增长, 调容变压器成本是等容量普通变压器的1.5倍左右, 如果选择不当, 既增大了投资, 又不能降低损耗。
本文分析调容变压器的节能原理, 定量研究调容变压器的适用范围。研究配变的中长期负荷预测模型, 基于中长期的负荷预测, 分析寿命范围内调容变压器的经济性, 为调容变压器的选择提供指导。
1 调容变压器
调容变压器具有2个额定容量, 2个容量的比约为3∶1。在输出电压不改变的情况下, 可以实现2种容量的切换, 负荷小时采用小容量, 负荷大时采用大容量, 适用于负载分散、季节性用电量差异大且平均负荷率较低的场合。
1.1 调容变压器的损耗分析
变压器的总损耗等于变压器的空载损耗加上负载损耗, 空载损耗就是变压器的铁损, 是不变的;短路损耗就是指变压器处于额定运行状态时的损耗, 即满载时的损耗;因为负载损耗与电流的平方成正比, 负载率等于实际电流与额定电流的比值, 负载损耗等于负载率的平方乘以短路损耗。
式 (1) (2) (3) (4) 中, P0为变压器的空载损耗, b为变压器的负载率。
对于调容变压器来说, 根据负荷情况进行大小容量档位的改变, 是通过改变变压器的额定容量达到节能的目的, 大容量下调容变压器的空载损耗和负载损耗相对较大, 小容量下调容变压器的空载损耗和负载损耗相对较小。2种容量下, 损耗的计算公式相同, 只是参数略有差异。
式 (5) 中, PH为调容变压器在大容量档位的空载损耗, PL为调容变压器在小容量档位的短路损耗, P0H为变压器在大额定容量档位对应的空载损耗, P0L为变压器在小额定容量档位对应的空载损耗, Pk H为变压器在大额定容量档位对应的短路损耗, Pk L为变压器在小额定容量档位对应的短路损耗, bH为调容变压器在大容量档位的负载率, bL为调容变压器在小容量档位的负载率。
1.2 调容变压器的降损分析
调容变压器分大小容量2个档位, 损耗曲线是根据容量切换点确定的两部分组成。容量切换点设置不同, 调容变压器在同等负荷情况下损耗不同。小容量模式和大容量模式下损耗相等的负荷点为最佳切换点, 在此处进行容量切换保证调容变节能量最大化。下面以s11型调容变压器和普通变压器为例, 分析调容变压器与普通变压器相比的节能量。
由图1可以看出, 负荷在[100, 315]区间内, 调容变压器和普通变压器损耗曲线相同;负荷在[0, 最佳切换点]区间内, 调容变压器的损耗要低于普通变压器;在[最佳切换容量, 100]区间内, 调容变压器的损耗要高于普通变压器。调容变压器比普通变压器降低的损耗为运行在[0, 最佳切换点]区间内节约的损耗量。
2 配变的中长期负荷预测
近年来, 配变在线监测设备广泛使用, 配变负荷量测数据量逐步积累, 为配变的负荷预测提供了大量的基础数据。配变的中长期负荷预测是对未来几年到数十年的负荷预测。准确的中长期负荷预测, 为预测范围电网的建设规模、建设布局、能源平衡、电网资金和人力资源的平衡提供依据。
2.1 配变中长期负荷预测的特征
与短期、超短期负荷预测相比, 配网的中长期负荷预测:1非平稳变化, 中长期负荷预测是确定性变化和随机变化双重影响;2历史数据有限, 中长期负荷预测需要对历史数据进行分析, 分析中长期的变化规律, 但是以前对配网不重视, 自动采集装置的缺失, 导致历史数据缺失;3负荷结构变化大, 中长期负荷预测时间跨度大, 在研究的时间范围内, 用户的构成和用电习惯都会发生较大的变化, 不能用单一规律描述负荷变化趋势;4影响因子多, 配电网负荷除了本身的负荷特征外, 受外界影响大, 如天气气候、用户的用电习惯、分布式能源等, 这些因子项目影响, 之间的关联关系很难把握。
2.2 配变的中长期负荷预测算法
常用的中长期负荷预测模型有灰色预测模型、聚类分析法、模糊综合评价等方法。由于配变中长期负荷预测的特点, 由融合多种算法的组合预测模型能获取更高的精确度。
2.2.1 灰色预测模型。
灰色预测是将系统行为特征量的变化过程作为一个灰色系统, 利用灰色理论的微分方程模型 (Grey Model) 进行预测。如用该模型对电力系统单一指标 (如负荷) 预测时, 就是对该微分方程进行求解, 其对应解的时间相应函数表达式即为灰色预测模型;其次, 利用拟合值与真实值之间的统计情况对模型的精度进行校验并修正后, 即可据此模型预测未来的负荷。
2.2.2 粒子群优化模型。
粒子群优化算法是继蚁群算法之后又一种新的群体智能算法, 个体之间通过协作和竞争实现全局搜索。粒子群优化算法原理与遗传算法类似, 系统通过对一组初始化随机解进行迭代搜索最优值。但不同于遗传算法那样对个体进行选择、交叉及变异操作, 而是粒子通过追随最优粒子在解空间中搜寻。其优势在于操作方便, 容易实现, 简洁的算法参数, 并且调整简单。目前, PSO已成为国际演化计算界研究的热点。因此, 短短几年时间, PSO算法便取得了迅速的进展, 并且在模糊系统控制、神经网络训练、交通事故探测、电力系统优化和多元函数的优化等诸多领域受到了广泛的关注与应用。
2.2.3 中长期专家系统预测法。
专家系统预测法是对存储的过去若干年的负荷相关影响因素进行分析, 从而汇集有经验的负荷预测人员的知识, 提取有关规则, 按照一定的规则进行负荷预测。精确的负荷预测不仅需要高新技术的支撑, 同时也需要融合人类自身的经验和智慧。因此, 就会需要专家系统这样的技术。专家系统法, 是对人类的不可量化的经验进行转化的一种较好的方法。
2.2.4 组合预测模型。
当前国内外对电力系统负荷预测都进行了相对深入的研究, 但由于中长期负荷预测是相当繁琐的电力工程, 并受国民经济、人口、工业生产指标等诸多因素直接或间接的影响。因此, 至今还没有哪种预测模型能确保在所有情况下都能达到较高的预测精度。即对单个负荷预测模型的有利信息进行充分使用, 创建电力负荷组合预测模型是一种较为可行的方法。
3 考虑配变负荷预测的调容变压器经济性分析
变压器的经济型分析模型是考虑负荷特性、变压器寿命范围内的负荷增长和波动、变压器的购置费用、运行维护费用及损耗量等因素建立的综合模型, 可根据变压器参数评估变压器的经济性, 可用于变压器选型时提高投资的精准性, 达到利益最大化。尤其是调容变压器的成本约为普通变压器1.5倍, 必须要综合考虑变压器的投入和节约损耗之间的关系。
3.1 配变的经济效益分析模型
由于本文是研究基于中长期负荷预测的变压器经济性, 所以采用全寿命模型:
式 (6) 中, Civ指变压器的购置成本, 包括变压器及其维修设备的购置成本、员工培训费用和数据记录成本;Coc指变压器的运行成本, 包括变压器的试验、安装、损耗、停运成本和人工费用等;Cmc指变压器的维护成本, 包括故障前的检修成本和故障后的维修成本;Cdc指变压器的处置成本, 包括变压器的报废成本和残值。
式 (7) 中, Ctp指变压器的购置成本;Cep指变压器维修设备的购置成本;Ctd指员工的培训成本和数据记录成本。
式 (8) 中, Cexc指变压器的试验费用, 变压器在投入运行前应进行一些必要的试验, 以完成设备技术标准的测试, 如短路承受能力试验、温升试验和局部放电试验等, 以及与此相关的额外试验费用;Cenc指变压器运行的损耗成本, 变压器在运行状态下, 始终在消耗着电能;Cinc指变压器的安装费用, 包括安装时花费的运输、人工和调试的总费用;Cfc指变压器的停运损失成本, 在规定的寿命周期内, 因发生故障而停运及效率下降所造成的损失;Cmoc指人工费及其他成本, 在变压器的寿命周期内, 负责运行或管理的人员的工资, 以及与变压器运行有关的不包括上述费用的一切费用。
式 (9) 中, Coc指处置成本, Cbf指报废成本, Ccz指变压器残值。
3.2 基于中长期负荷预测的调容变压器损耗成本模型
式 (10) 中, E为该变压器用户的平均销售电价, i表示变压器寿命范围内运行的第i年, k为变压器寿命的上限, THi为变压器在大额定容量档位的运行时间, TLi为变压器在小额定容量档位的运行时间, bHi为变压器在大额定容量档位的平均负载率, βLi为变压器在小额定容量档位的平均负载率。
4 结语
基于中长期负荷预测的基础上, 对调容变压器全寿命的成本进行分析, 和普通配电变压器进行对比分析, 在配变选型时具有很强的指导作用, 使选型更合理、更经济, 利于投资利用率最大化。下一步工作要建立中长期负荷预测模型, 用实例进行验证。
摘要：近年来, 居民用电负荷特性发生明显变化, 特别是农村, 平时负荷低, 春节等用电高峰负荷急剧攀升。为了应对这种情况, 提升配电变压器运行经济性, 调容变压器被研制开发和应用。但是, 目前调容变压器适用的负荷特性往往只是定性给出, 而且没有考虑调容变压器寿命范围内负荷的增长。如果选择不当, 不仅造成投资的浪费, 甚至还有可能造成损耗的增加。开展基于中长期负荷预测的调容变压器适用性研究和节能评估, 对指导配电网节能降损和精准投资有重要意义。
关键词：中长期负荷预测,调容变压器,配变经济性分析模型,损耗成本模型
参考文献
[1]姜益民.变压器的全寿命周期成本分析[J].上海电力, 2004 (3) :188-191.