综合考虑网损及投资运行费用的变压器经济运行区间探讨

许迪

(奉化供电局，浙江 奉化 315500)

1 引言

电力变压器是电力系统中的重要元件，运行中产生大量的功率损耗。据统计，我国所有变压器损耗的电能占全国总发电量的4%以上，电网中配电变压器的损耗约占线路损耗的30%［1］。近年来，随着工业的发展与经济的进步，能源短缺问题与环境压力问题已成为当今影响全球持续发展的主要问题。目前，我国加大了节能减排力度，开展变压器经济运行工作已被公认为电力系统节能降耗的一个重要组成部分。

配电变压器的经济运行区间需要结合自身的电气特性参数与运行方式进行分析和计算。本文从理论上分析计算了配电变压器的综合损耗率及投资运行费用，并以此为依据分只考虑网损及综合考虑网损、投资运行费用两种情况，分析配电变压器的经济运行区间，为变电运行人员在实际决策中提供依据。

2 配电变压器综合损耗

2.1 综合损耗率的计算

变压器综合功率损耗ΔPTZ是指:由变压器的有功功率损耗和无功功率消耗使输电网增加的有功功率损耗与变压器自身的有功功率损耗之和。综合功率损耗率则为ΔPTZ与变压器电源侧功率PT1的比值，如式(1)所示:

式中，P0为空载损耗;PK为额定负载损耗;KQ为无功经济当量(kW/kvar);KP为有功经济当量(kW/kW);Q0为变压器的空载励磁功率;Qk为变压器的额定负载励磁功率。

在进行变压器经济运行的分析和计算时，为了简化计算，常近似认为:式中，I0%为空载电流百分比;Uk%为短路电压百分比。

2.2 无功经济当量KQ的计算

无功经济当量KQ的物理意义是:变压器每减少1kvar无功功率消耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值，计算式为:

式中，ΔPCQ为由于无功节约引起变压器连接系统的有功功率损耗下降值;ΔΔQ为变压器无功功率消耗减少值。

KQ值的大小和变压器在系统中的位置直接相关。在计算时应根据变压器连接系统的参数及工况负载按有关计算式进行。根据文献［1］的介绍，一般KQ可取0.10;若某配变全年受入端功率因数已补偿到0.9以上，则取0.04。

2.3 有功经济当量KP的计算

有功经济当量KP的物理意义是:变压器每减少1kW有功功率消耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值，计算式为:

式中，ΔPCP为由于有功节约引起变压器连接系统的有功功率损耗下降值;ΔΔP为变压器有功功率消耗减少值。

有功经济当量KP之值在有关资料中是查不到的，可按式KP=KQctgφ2。

3 仅考虑综合网损时配电变压器经济运行区间的划分

3.1 综合功率经济负载系数

仅考虑网损的配变最优经济运行点是指综合网损率最低的那一点，其对应的负载系数称为综合功率经济负载系数。

此时变压器的不变综合损耗为:P0Z;可变综合损耗为:PkZ=P0Z。即在最低综合功率损耗率处:变压器的不变综合损耗等于可变综合损耗。

3.2 经济运行区间的划分

由于变压器的经济负载系数仅是变压器负载功率曲线上的一点，然而在实际运行中，负载在一定范围内波动，因此国家标准GB/T 13462－1992提出了变压器经济运行区的概念。并给出了按综合功率确定变压器经济运行区的方法。

国标GB/T 13462－1992对变压器经济运行区确定的原则是:变压器在额定负载条件下的运行应属于经济运行区。因此，经济运行区的上限值定为βLs=1;经济运行区的下限值所对应的损耗率与额定负载损耗率相等，设为βLx。在经济运行区运行时，其损耗率要低于额定负载损耗率。变压器综合功率经济运行区间如图1所示。

图1 变压器经济运行区

当变压器处于额定负载时(βLs=1)损耗率为:

当变压器负载系数为βLx时损耗率为:

令 ΔPZN%=ΔPJx%，且有:SNcosφ2＞＞P0Z+PkZ，βLxSNcosφx＞＞P0Z+PkZ，则有

对上式求解，可得变压器综合功率经济运行区的负载系数的下限值:

3.3 变压器经济运行区的优选运行段(最佳运行区)

(1)优选运行段的提出

提出优选运行段的原因有两点:一是经济运行区的下限值βLx过低，降低了变压器容量的利用率;二是变压器经济运行区包括了额定负载在内的较大负载范围，在这个范围的边缘(指接近βLx和βLs的负载率)，其损耗率与最低损耗率相比仍然很高，因此有必要在经济运行区提出优选运行段的问题。对额定负载损耗率偏高问题论述如下。变压器在经济负载系数βJZ下运行，其最低综合损耗率为:

设变压器额定负载损耗率ΔPZN%与最低损耗率ΔPZJ%有如下关系式:

式中，KLN为变压器额定负载损耗率系数。其物理概念是:变压器在额定负载的损耗率是其经济负载系数条件下的最低损耗率的倍数，可得:

因SNcosφ2＞＞P0Z+PkZ，βJZSNcosφx＞＞2P0Z，所以上式又可简化为:

由于当前变压器综合经济负载系数变化范围为0.25～0.55，因此，额定负载损耗率系数KLN的变化范围为1.184～2.215，也就是说，变压器在经济运行区运行时，也存在着损耗率偏高的问题。为解决这一问题，提出了变压器经济运行区的优选运行段概念。

(2)经济运行区优选段的确定

变压器经济运行区优选段是为了把变压器损耗率降低到最小，但又不能把优选段的范围确定得太窄，因为范围太窄不利于运行管理，GB/T 13462－1992中规定经济运行优选段的上限值βJs=0.75，其理由是:

当变压器的负载系数为β=0.75时，其综合功率损耗率ΔP75Z%为:

设变压器负载率为75%时的损耗率ΔP75Z%与最低损耗率ΔPZJ%的关系式为:

ΔP75Z%=KL75ΔPZJ%

式中，KL75为变压器负载率为75%时的损耗率系数。

类似于求KLN，可以求得:

当变压器综合经济负载系数在0.25～0.55范围内变化时，0.75负载率的损耗率系数KL75的变化范围为1.048～1.667。所以β=0.75所对应的KL75比β=1所对应的额定负载损耗率系数KLN有较大的下降。所以把变压器经济运行区优选段的上限值定为βJs=0.75，达到了降低变压器损耗率的目的。

与推导经济运行区下限值βLx的方法相同，可推导出与优选运行段上限值βJs等效损耗率的综合功率优选运行段下限值βJx的计算式:

4 综合考虑投资运行维护费用和网损时的经济运行区间划分

4.1 综合费用经济负载系数

实际电网运行中，经济性不仅需要考虑网损，还应考虑变压器的投资运行维护费用。设配变的年运行小时数为8760小时，折算到每小时的配变投资运行维护费可用下式计算:

式中，C1T为配变的一次性投资费用元;C2T为配变的年运行费用;nT为配变的使用年限;i0为表示投资贴现率。

则考虑了投资以后，每小时每单位电能的综合费用为:

式中，EL为单位电能的电费。

由于配变投资、运行维护费与配变运行的负载无关，相当于配变的等值铁耗增加，因此考虑了投资运行维护费用的最优经济负载系数大于只考虑了网损率的最优经济负载率。

4.2 综合费用经济运行区间划分

类似于仅考虑网损时的经济运行区间划分原则:变压器在额定负载条件下的运行应属于经济运行区。因此，综合费用经济运行区的上限值也定为βCLs=1;综合费用经济运行区的下限值βCLx所对应的单位电能综合费用与βCLs=1单位电能综合费用相等。βCLx的计算如下:

当变压器处于额定负载时(βCLs=1)单位电能综合费用:

当变压器负载系数为βCLx时，单位电能综合费用:

令CEFTN=CEFTx，求解，可得配变综合费用经济运行区的负载系数的下限值:

4.3 综合费用经济运行区的优选运行段(最佳运行区)

类似于仅考虑网损时的经济运行区间的确定，把变压器综合费用经济运行优选段的上限值定为βCJs=0.75。综合费用经济运行优选段的下限值βCJx所对应的单位电能综合费用与βCJs=0.75时单位电能综合费用相等。可推得:

5小结

根据上述分析可知，当仅考虑变压器的综合损耗时，其经济运行区间划分如下:

若综合考虑变压器网损和投资运行费用后，其经济运行区间划分为:

实际的变压器运行中，必定存在投资运行费用，因此综合考虑了变压器综合网损和投资运行费用的经济运行区间更符合实际运行情况。

［1］刘昊.变压器经济运行误区探索［J］.沈阳工程学院学报(自然科学版)，2011(1):40－42.

［2］侯元文张青峰.变压器经济运行在变电站的实践［J］.电力系统保护与控制，2011(10):147－149.

［3］卢志刚李爽韩彦玲，等.配电网技术经济运行区域的研究及应用［J］.高电压技术，2007(6):156－159.

［4］孙健强.浅谈电网配电变压器经济运行.中国新技术新产品［J］，2010(3):122.

［5］胡景生，等.变压器经济运行［M］.北京:中国电力出版社，1999.

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