配电变压器容量选择的经济评价

王健

摘要：选择配电变压器的基本原则是变压器的节能性与经济性，节能性则符合当前的环境因素，节能减耗，能够较大程度的降低对资源能源的消耗；经济性就是符合电力企业的经营目标，减少成本费用，提高企业的经济效益，是整个企业得以生存的基础。为此，在本文中，笔者将根据自己的实际经验，对配电变压器的容量选择的经济评价分析研究，希望对配电变压器选择工作有所帮助。

关键词：配电变压器；容量选择；经济评价

0 引言

随着经济的快速发展，电力的需求量越来越大，电网为适应社会的需求，更换了大量的高能耗变压器，而在配电变压器的容量选择中，通常都会根据电网规划的负荷选择标称容量略大于计算负荷的配电变压器，这样选择的配电变压器虽然在技术上符合负荷的要求，但其经济性却得不到体现，考虑配电变压器容量选择的经济效益，对其进行经济评价是当今电力企业的重点考虑问题。

1 问题提出

配电变压器是联系用户和输变电系统的网络枢纽，数量众多、容量庞大。由于认识的局限性，存在一些片面观点。

（1）为降低设备初期投资，选用小容量的变压器，使其尽可能接近负荷水平。

（2）变压器负载率β保持在0.75左右是最佳运行状态，此时运行费用最低。

（3）本应两台或以上变压器并列运行，却只投运一台，以降低运行费用。

（4）为减少变压器有功损耗，盲目追求最佳负载率，选用大容量变压器。

根据我们对内蒙古地区10kV，35kV配电变压器供用电情况的调查统计，上述问题普遍存在城、农网改造中。因此，深入分析变压器负载率、性能标准及经济运行方式具有重要的现实指导意义。

2 变压器的效率，经济损耗率分析

2.1 变压器的损耗分为铁耗和可变铜耗两部分。

设计计算式：

△P=△P0+△PKβ2（1）

式中：△P———变压器有功损耗

△P0———变压器空载损耗

△Pk———变压器短路损耗

β———变压器负荷率

β=S/Se

S———變压器总的计算视在负荷

Se———变压器额定容量

变压器效率：

η=P/（P+△P）

=Se（S/Se）cosφ/〔Se（S/Se）cosφ+△P 0+△PKβ2〕

=Seβcosφ/〔Seβcosφ+△P0+△PKβ2〕（2）

式中：P———变压器计算有功负荷

cosφ———变压器计算功率因数对式（2）求极大值，令dη/dβ=0，有：

△PKβ2=△P0（3）

式（3）表明，当变压器的铁耗等于铜耗时，变压器的效率最高。此时变压器的经济负荷率：β1=（△P0/△PK）1/2，由于实际设计的变压器为节省有色金属（铜或铝），变压器往往设计成在额定负荷时铜耗大于铁耗，故由图（1）可见：实际的变压器都是在β<1时才有最高的效率。变压器满负荷（β=1）时效率下降，是因为铜耗所占损耗比例较大。

2.2 变压器的损耗率

△P%=（△P/P）×100%=（△P0+△PKβ2）/（Seβcosφ）×100%（4）

对式（4）求导，△P Kβ2=△P 0时△P%有唯一极小值（即经济损耗率），见图。β越小，△P%上升速度越快，铁耗所占比例就越大。在β1的右侧区域，损耗率随着负荷的增加而逐渐增加，此时的损耗以铜耗为主。β越大，△P%上升速度越快，铜耗所占比例越大。在β1两侧一定的经济运行区域内（PA～PB），损耗率增减速度相对平缓。

3 变压器经济运行区域分析

上述讨论得知，变压器的损耗随着负荷率的变化而变化，负荷率则影响变压器的可变铜耗，铜耗所占损耗的比例决定变压器的损耗率。设变压器负荷率为βx时，铜耗所占损耗的比例为βx，则有：

x=△P Kβ2 x/（△P 0+△P Kβ2 x）

整理可得：

βx=（△P 0/△P K）1/2〔x/（1-x）〕1/2=β1〔x/（1-x）〕1/2

故有负荷率为βx时变压器的损耗率：

△P x%={△P0/〔Seβ1 cosφ〔x/（1-x）〕1/2〕+△PKβ1 〔x/（1-x）〕1/2/（Se×cosφ）}×100%（5）

由于为负荷率β1时，铁耗与铜耗相等，设此时经济损耗率为△P 1%，则：

△P 0（Seβ1 cosφ）×100%=△P K/（Seβ1 cosφ）×100%=1/2△P 1%

带入△P x%=1/2△P 1%{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}，

设y=△P x%/△P 1%，则：

y=1/2{〔（1-x）/x〕1/2+〔x/（1-x）〕1/2}（6）

对式（6），当x=0.5时，有极小值y=1；当x=0，y趋于无穷大；当x=1时，y也趋于无穷大。这是一条顶点的座标为（0.5，1），以x=0.5相对称的抛物线。变压器铜耗占损耗的比例为x时，损耗率与其经济损耗率的关系曲线见图2。

由图2，在变压器铜耗占损耗的比例为x=0.3～0.7之间的区域内，变压器损耗不超过其经济耗率的1.1倍。此时变压器负荷率β为：β0.3=0.65β1，β0.7=1.53β1，这时变压器经济运行区域为0.65β1至1.53β1之间，变压器负荷变化范围为0.88β1。当变压器铜耗占损耗的比例为x=0.2～0.8之间时，变压器损耗不超过其经济损耗率的1.25倍。这时变压器经济运行区域为0.5β1至2β1之间，变压器负荷变化范围为1.5β1。在变压器铜耗占损耗的比例为x<0.2或x>0.8时，变压器损耗率对其经济损耗率的倍数将急剧加大，变压器不处于经济运行状态。

根据以上分析，由于企业的负荷是经常变化的，不可能都稳定在经济负荷率β1这一点工作，故变压器经济运行区域具有重要的现实意义。

4 工程设计配电变压器容量选择

对于设计时按照所计算的总视在功率计算值来进行变压器容量的经济运行选择，则要考虑多方面的因素。

综合以上考虑的因素，在内蒙古地区的配电变压器容量的设计确定时，一般可取变压器的损耗率为其经济损耗率的1.1～1.25倍之间，相应的x值在0.7～0.8之间，变压器负荷率取值范围在1.53β1～2β1之间，具体取值应按设计时的实际情况和以后负荷变动情况灵活掌握，使所选变压器发挥最大的经济效益。内蒙古地区的中小容量配电变压器β值一般为45%左右，故其设计的负荷率β取值范围在69%～90%之间。

5 结语

经济效益是一个电力企业生存发展的重要基础，在配电设计的过程中，设计人员需要根据用电负荷的实际情况，合理地分配用电负荷，科学选择配电变压器的容量以及数量，实现配电变压器的经济运行，同时，需要在经济性的基础上考虑其安全性与节能性，两者出现矛盾时，优先选择安全性，从而促进电力企业的长远发展，保障配电变压器的使用安全。

参考文献：

[1]田以霖.农村配电变压器容量的选择与经济效益分析[J].技术经济，2011

[2]赵国栋，张彩艳.配电变压器经济运行、负载率与容量选择[J].中国电力教育，2010

[3]刘建林，王辉.配电变压器容量选择的经济评价[J].电力应用，2007