電氣節(jié)能技術第7章變壓器節(jié)電技術.ppt

1、11級電力電子與電力傳動專業(yè),電氣節(jié)能技術,學 時 20+10 任課教師 王世榮 聯(lián)系電話第7章 變壓器節(jié)電技術,第1節(jié) 變壓器的基本參數(shù),1變壓器的負荷率 變壓器的負荷率可按下式計算,式中， 為負荷功率因數(shù),由于變壓器實際運行中，負荷是不斷變化的，所以不能根據(jù)變壓器某一瞬間的負荷來計算，而應取一段時間（一個周期）內的平均負荷率。 對于企業(yè)，可以一天（24h）作為變壓器負荷變化的周期。則變壓器負荷率為,為便于計算，可近似認為在t時間內負荷恒定不變，則,式中， 視在功率的均方根,式中， ，即一天時間里測量變壓器負荷的次數(shù),當t =1時， ，即每小時測量一次，并認為每小時

2、內負荷不變。在負荷變化較大的場合，t的大小視具體情況而定。,若測的是變壓器二次電流，則,式中， 是變壓器二次側均方根電流，單位為A,也可利用負載波動損失系數(shù)（動態(tài)系數(shù)）來計算負荷率。,負載波動損失系數(shù)：是指某段時間T內，有功功率的均方根值與平均值之比，即,同樣還可把它寫成如下形式,或,因此，負荷率可寫成,或,2變壓器的損耗 它包括有功損耗和無功損耗兩部分。 （1）變壓器的有功損耗 變壓器在某一負荷下的有功損耗為,式中，P0 變壓器空載有功損耗，kW，可查產品手冊； Pd 變壓器額定電流時的負載損耗，kW。,（2）變壓器的無功損耗 變壓器在某一負荷下的無功損耗為,式中Q0 變壓器空載無功損耗，k

3、var， （kvar） I0% 變壓器空載電流百分數(shù)，可由產品手冊查得。 Qd 變壓器短路無功損耗，kvar， （kvar） Ud% 變壓器短路電壓百分數(shù)，可由產品手冊查得。,所以，,（3）變壓器綜合損耗 變壓器在某一負荷下的綜合損耗為,式中K無功經(jīng)濟當量，kW/kvar，可通過計算確定。 當變壓器安裝地點距供給無功功率的電源愈遠，無功經(jīng)濟當量愈大。 無功經(jīng)濟當量的估算值，可參考下表。,無功經(jīng)濟當量K值,3變壓器的效率 變壓器的效率為變壓器輸出功率與輸入功率的百分比，即,式中U2 變壓器二次側電壓，kV； I2 變壓器二次側電流，A； 負荷功率因數(shù)。 變壓器最大效率時的負荷率，稱為最佳負荷率，

4、可按下式計算,從而可得出變壓器最佳的經(jīng)濟負荷為,變壓器全日效率為,可以從日負荷曲線按時間分段由上式求得。,對于變壓器的最佳負荷率，當只計及變壓器有功功率損耗時，可寫成,國產電力變壓器的最佳負荷率一般為0.40.6，對應的變壓器最大效率為,4變壓器的年電能損耗 變壓器的年負荷率可按下式計算：,式中 年加權平均功率因數(shù)， 可根據(jù) 求得；,AP、AQ在所計算時間內（1年）的有功電量和無功電量，kWh，kvarh，可由安裝在降壓變壓器高壓側的電能表取得； T變壓器年運行小時數(shù)。,變壓器年電能損耗為,式中 變壓器正常負荷下工作小時數(shù)，參見下表。,生產班制及各種時間,年綜合電能損耗最小的變壓器經(jīng)濟負荷率為

5、,對長年持續(xù)生產且日負荷變化不大的三班制企業(yè)， 較為節(jié)能； 對二班制企業(yè)， 較節(jié)能； 對負荷變化較大的單班制企業(yè)，宜取較高的,第2節(jié) 變壓器的合理選擇,1變壓器容量的基本估算 主要有三種方法： （1）利用計算負荷法估算 先求出變壓器所要供電的總計算負荷，然后按下式估算： 變壓器容量=總計算負荷+考慮將來的增容裕量 （2）利用最經(jīng)濟運行效果法估算 所選擇的變壓器，其最佳經(jīng)濟負荷和實際使用負荷相等或相近，即,式中S 實際使用負荷，kVA；, 所選擇變壓器最高效率時的負荷率。,（3）按年電能損耗最小法選擇變壓器 它是根據(jù)年電能損耗最小為原則來選擇變壓器容量的，即變壓器容量應在使用負荷和最高經(jīng)濟負荷之

6、間進行選擇：一班制企業(yè)，可按使用負荷選擇變壓器容量，也可略留裕量；二班間斷和三班間斷的企業(yè)，可分別按比使用負荷高一級和二級左右的容量選擇變壓器；三班連續(xù)制企業(yè)，可按最經(jīng)濟負荷選擇變壓器。 上述三種方法都存在著不足，不能單一使用。,2按綜合經(jīng)濟效果選擇變壓器 這種方法選擇變壓器，不但考慮變壓器年電能損耗為最小，還考慮了基建投資（一次投資）、電價制度、變壓器維修、折舊費等因素。所以，這種方法能較全面地反映選擇變壓器的經(jīng)濟性和合理性。 這種方法是：從多個方案的比較中選擇其基建投資少、運行費用低的方案為最佳方案。 具體方法：在滿足供電質量、可靠性、運行合理、維護方便等條件的前提下，按以下各項指標進行經(jīng)

7、濟比較。,（1）基建投資 式中 Cb1變壓器價格、附屬設施和安裝、土建費，萬元； Cb2向地區(qū)電業(yè)部門繳納供電貼費，萬元。,（2）年運行費,（萬元/年）,式中C1折舊費，C1=變壓器價格折舊率Cn%，年折舊率Cn%取5%； C2維護費，C2=變壓器價格維護費率Cm%，年維護費率Cm%取2%5%； C3運行人員工資，因占總運行費比例甚小，且為相同項，故在方案比較中可不計入； C4年基本電價費，C4=12月基本電價費變壓器容量，月基本電價費一般取4元/kVA.月； C5年電能損耗費，,變壓器負荷年用電費；,變壓器年電能損耗費，對于企業(yè)變壓器：, 變壓器年電能損耗費，對于企業(yè)變壓器，,（萬元/年）,

8、式中 KG 無功電價等效當量，可查相關手冊； T 變壓器年運行小時數(shù)，即接于電網(wǎng)時間； 變壓器正常負荷下工作小時數(shù)，查前述表； 電價，元/kWh；,（3）無功補償裝置費用 當變壓器容量選大后，會導致自然功率因數(shù)下降，若功率因數(shù)達不到電業(yè)部門的規(guī)定時，需加裝電容器進行無功補償。這時需要考慮投資，即將無功補償容量乘以單位造價指標，將所得投資額計入基建投資中，其運行費用計入年運行費中。,（4）計算結果比較，確定最佳方案 在幾個方案中，會出現(xiàn)投資少、年運行費用多，或投資多、而年運行費用少的情況，這時應選擇其中綜合經(jīng)濟效果最好的方案，即引入“折返年限”權衡取舍。 兩方案折返年限的計算 （年） 當N35年

9、時，選取投資多的方案。 對于基建周期較長的企業(yè)，取上限；對基建周期短者取下限。 按照綜合經(jīng)濟效果所選取的變壓器，其負荷率一般較高，約0.70.9。,（5）兩點說明 在計算年電能損耗費C5的公式中，只計及了電能的商品價格，而每kWh電能所創(chuàng)造的價值遠比它本身的商品價格為高。因此，在比較各種方案時，若差別不大，則應從節(jié)能原則來考慮選擇變壓器容量。 以上公式中，未考慮投資和運行費用的利率，實際上應加以考慮。,例：某工廠（三班制企業(yè)）設備裝機容量為740KVA，實際使用的負荷量為S=400KVA，平均功率因數(shù)為滯后0.95（補償后）。設變壓器年運行小時數(shù)為8700h，正常負荷下工作小時數(shù)為6900h。

10、試問：配備均能滿足負荷需要的10/0.4kV、SL7-800KVA或SL7-630KVA變壓器，哪一種變壓器更為合適？該廠是以 為基準考核的企業(yè)，無功電價等效當量 電價為 ，供電貼費為100元/KVA。SL7-800KVA變壓器技術數(shù)據(jù): ， ， ， ，變壓器價格為4.16萬元，綜合造價為5.4萬元。SL7-630KVA變壓器技術數(shù)據(jù)： ， ， ， ，變壓器價格為3.5萬元，綜合造價為4.3萬元。,解：對于SL7-800KVA變壓器：變壓器負荷率為,基建投資：,年運行費：,其中：折舊費和維護費,運行人員工資C3略去不計。,年基本電價費,變壓器負荷年用電費,變壓器年電能損耗費：,則,故,對于SL

11、7-630KVA變壓器：變壓器負荷率為,基建投資：,年運行費：,其中：折舊費和維護費,運行人員工資C3略去不計。,年基本電價費,變壓器負荷年用電費,變壓器年電能損耗費：,則,故,將上述計算結果列表如下：,綜合經(jīng)濟效果比較,第3節(jié) 變壓器的經(jīng)濟運行,1負載波動損失系數(shù)法計算變壓器損耗 （1）變壓器有功功率損耗和損耗率的計算 有功功率損耗,式中KT 負載波動損失系數(shù)，可按前述公式計算或查相 關手冊求得。,有功損耗率,式中 T小時內的平均負荷率， AT T小時內的電量，kWh； T小時內的功率因數(shù)。,（2）變壓器無功功率損耗和損耗率的計算 無功功率損耗,無功損耗率,（3）變壓器綜合功率損耗和綜合損耗

12、率的計算 綜合功率損耗,式中 K 無功經(jīng)濟當量，kW/kvar； P0Z 變壓器綜合空載損耗，kW， PdZ 變壓器綜合短路損耗，kW。 綜合損耗率,P1變壓器輸入功率,2變壓器技術特性優(yōu)劣的判定 （1）相同容量變壓器的有功損耗臨界負荷SLP的計算,（kVA）,（2）相同容量變壓器的無功損耗臨界負荷SLQ的計算,（kVA）,（3）相同容量變壓器的綜合功率損耗臨界負荷SLZ的計算,（kVA）,（4）不同容量變壓器的綜合功率損耗臨界負荷SLZ的計算,（kVA）,若以上各式計算結果為虛數(shù)時，要選擇空載損耗小的變壓器運行；若為實數(shù)，當負荷小于臨界負荷時，令空載損耗小的變壓器運行，反之，令空載損耗大的變

13、壓器運行。,3并聯(lián)變壓器經(jīng)濟運行方式的判定 （1）相同容量、參數(shù)的變壓器經(jīng)濟運行臺數(shù)的選擇與判定 臨界負荷,當負荷小于臨界負荷時，n臺變壓器運行，反之n+1臺變壓器運行。 對于各種規(guī)格的變壓器，其SLZ值可查相關手冊。,（2）相同容量、參數(shù)不同的變壓器經(jīng)濟運行方式的判定 兩種相同臺數(shù)運行方式,臨界負荷為,當計算結果為虛數(shù)時，選擇綜合空載損耗小的組合方式運行；如為實數(shù)，當負荷小于臨界負荷時，令綜合空載損耗小的組合方式運行，反之，令綜合空載損耗大的組合方式運行。,單臺和兩臺運行方式 臨界負荷,當負荷小于臨界負荷時，選擇單臺變壓器運行，反之，選擇兩臺變壓器運行。, n臺和n+1臺運行方式 臨界負荷,

14、式中 第n+1臺變壓器的綜合空載損耗，kW。 當負荷小于臨界負荷時，為n臺變壓器運行；反之，為n+1臺變壓器運行。,（3）不同容量、參數(shù)的變壓器經(jīng)濟運行方式的判定 兩種相同臺數(shù)運行方式,臨界負荷,當計算結果為虛數(shù)時，選擇綜合空載損耗小的變壓器組合方式運行；如為實數(shù)，當負荷小于臨界負荷時，令綜合空載損耗小的變壓器組合方式運行，反之，令綜合空載損耗大的變壓器組合方式運行。,單臺和兩臺運行方式 臨界負荷,當負荷小于臨界負荷時，令單臺變壓器運行，反之，令兩臺變壓器運行。,n臺和n+1臺運行方式 臨界負荷,式中 第n+1臺變壓器的綜合空載損耗，kW。 當負荷小于臨界負荷時，為n臺變壓器運行；反之，為n+

15、1臺變壓器運行。,4增設小容量變壓器的經(jīng)濟性問題 增設小容量變壓器是否合算，要看增設后投資回收期年限為多長。當投資回收年限短于5年時，須增設小容量變壓器。 投資回收年限為,（年）,式中Cx 增設小容量變壓器的投資，元； Cc因增設小容量變壓器減少的無功損耗而相應減少相同容量電容器的投資，元； Tx 小容量變壓器一年運行小時數(shù)； 電價，元/kWh。 下標“D”為大容量變壓器的參數(shù)，下標“x”為小容量變壓器的參數(shù),5兩臺不能并列運行的變壓器經(jīng)濟運行方式的確定 臨界負荷為,式中K1、K2變壓器1、2處的無功經(jīng)濟當量， 一般 當負荷小于臨界負荷時，應投入變壓器1運行，反之，應投入變壓器2運行。,6根據(jù)

16、日負荷曲線核算變壓器容量是否適當 變壓器負荷可能隨著工廠生產的發(fā)展而增大，但是否需要增容，還要視具體情況作技術經(jīng)濟比較。通?？筛鶕?jù)變壓器的日負荷曲線，核算其是否在允許的運行范圍，運行是否經(jīng)濟，然后再決定是否需要增容。 例：（略） （P241）,某廠使用SJ6-180/10型配電變壓器，U2N=400V，I2N=260A。 現(xiàn)負荷增加50kW，負荷高峰時還可達300A以上，事故短時（20min內）過負荷可達400A，這種運行狀態(tài)是否允許？是否需要增容？運行的經(jīng)濟性如何？ 為此，對其運行負荷進行了數(shù)天實測，得出典型日負荷電流、電壓、功率因數(shù)、有功功率等數(shù)據(jù)，如下表所示。,最大負荷電流 Imax=3

17、05(A) 平均負荷電流 Iav=I/24=4355/24=181.5A 平均電壓 Uav=U/24=9132/24=380.5V 平均功率因數(shù) 平均有功功率,第5節(jié) 變壓器的節(jié)能改造,針對能耗高的老型變壓器，要進行節(jié)能改造。方法： 1中、小型變壓器的降容改造（是對被更新下來的變壓器進行的） 其改造原理主要是通過增加線圈匝數(shù)、減少鐵心磁通密度、減少變壓器的單位損耗來實現(xiàn)。 2中、小型變壓器的保容改造（是針對無力更新的企業(yè)） 有四種形式： （1）同時換鐵心、線圈改造法； （2）鐵線換銅線改造法； （3）換鐵心改造法；（4）更換心體改造法 。,第6節(jié) 節(jié)能變壓器的應用,1新S9低損耗變壓器 2S11系列低損耗配電變壓器 3組合式變壓器 其特點： （1）不同鐵心結構型式和不同鐵心材料所構成的多種組合式變壓器。 （2）組合式變壓器結構緊湊、體積小、占地少與環(huán)境和諧地融為一體。 （3）組合式變壓器具有能伸入負荷中心、減少線路損耗、送電周期短、提高供電質量、選位靈活、外形美觀、安裝使用方便、維護簡單、投資少見效快等優(yōu)點。 組合式變壓器在本世紀將得到廣泛應用。,4新合金變壓器 鐵鈮硼鋯合金變