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有载调容变压器的能效评估

来源：一二三四网

总623期第十一期2017年11月

河南科技

HenanScienceandTechnology

工业技术

有载调容变压器的能效评估

王倩1

张建宾1

郑州

牛雨2杨新勇2

郑州

450000）

（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南450000；2.河南恩湃高科集团有限公司，河南

摘要：线损率是电力部门考核的重要指标，线损率的高低直接反映了电力部门的整体管理水平和设备能效

情况。目前，电网中线路损耗和变压器损耗是主要的设备损耗，减少线路和变压器的设备损耗可有效降低电网整体线损率。有载调容变压器是目前较为流行的新型配电变压器。本文从基本原理和运行方式对有载调容变压器进行基本的节能分析，从年运行费用和综合经济指标分析有载调容变压器和普通变压器的能效。关键词：有载调容变压器；中低压配网；线损率；能效评估中图分类号：TE933.1

文献标识码：A

文章编号：1003-5168（2017）11-0078-03

EnergyEfficiencyEvaluationofOn-LoadCapacityRegulatingTransformer

WangQian1ZhangJianbin1NiuYu2YangXinyong2

（1.StateGridHenanElectricPowerResearchInsititue，ZhengzhouHenan450000；2.HenanEPRIHitechGroupCo.Ltd.，

ZhengzhouHenan450000）

Abstract:Linelossrateisanimportantindicatoroftheelectricitysectorassessment,andtheleveloflinelossratedirectlyaffectstheoverallmanagementoftheelectricitysectorandequipmentenergyefficiency.Atpresent,themainequipmentlossesarethelinelossandtransformerpowerlossinthepowergrid,andreducingtheequipmentlossesoflineandtransformerpowercaneffectivelyreducetheoveralllinelossrate.On-loadcapacityregulatingtransformeriscurrentlymorepopularnew-typedistributiontransformer.Inthispaper,thebasicenergysavinganalysiswascarriedoutonthebasisofthebasicprincipleandopera⁃tionmode,andtheenergyefficiencyoftheloadregulatingtransformerandthecommontransformerwasan⁃alyzedfromtheannualoperationcostandthecomprehensiveeconomicindex.

Keywords:on-Loadcapacityregulatingtransformer；lowvoltagedistributionnetwork；linelossrate；energyef⁃ficiencyevaluation

电能在输送过程中会在线路和变压器中产生损耗，其中，变压器损耗约占电网损耗的10%，尤其在配网中，变压器损耗可能会更高，且变压器损耗随着变压器容量的增加而增大。商业负荷、单班制的工业负荷和居民

［1］

1有载调容变压器调容原理

有载调容变压器主要通过调节绕组匝数实现容量调节，调节绕组匝数的方式主要包括串并联换接和D/Y换接。在大容量时，变压器高压侧绕组采用三角形接线形式（D），低压侧绕组采用2和3并联然后与1串联的接线方式；在小容量时，变压器高压侧绕组采用星形接线方式（Y），低压侧绕组采用1、2和3三段串联接线方式［7］。调容变绕组接线如图1所示。

根据变压器的基本原理，低压侧电压：U2=U1æN2Nö，

1øè

大容量变为小容量时，高压侧绕组接线形式由三角形（D）

负荷有很强的规律性，在用电高峰时，可能会造成变压器过载，在用电低谷时，变压器的负载率较低，变压器自身损耗较大，造成电能浪费

［2-4］

。针对峰谷差较大的负荷或

季节性负荷，采用有载调容变压器可以起到节能降损的作用。与无载调容变压器相比，有载调容变压器保证了供电可靠性和连续性，其可根据负荷的变化及时调整变压器整容量［5-6］。

收稿日期：2017-10-09

作者简介：王倩（1985-），女，硕士，工程师，研究方向：配电网技术、节能降损技术；张建宾（1989-），男，硕士，助理工程师，研究方向：配电网技术、节能降损技术；牛雨（1986-），男，本科，助理工程师，研究方向：配电网技术、节能降损技术。

有载调容变压器的能效评估

·79·

变为星形（Y），小容量状态下U1为大容量状态下U1的1倍，小容量状态下N2为大容量状态下N2的3倍，3因此低压侧电压在容量变化时保持不变。

ABC当ΔPH=ΔPL时，计算出来的变压器负载S即为变压器高、低容量转换的临界变压器负载容量SC。

SC=

P0H-P0LPKLPKH-2S2SNHNL（5）

从图2可以看出，当负荷容量S>SC时，变压器工作

SA1SA2SB1SB2SC1SC2在高容量状态；当负荷容量S1Sa112Sa2Sa12a3Sb2Sb12bSb11Sc2Sc12cSc11△P△PL△PH△PH=△PL图1调容变绕组接线图

P0HP0L2有载调容变压器节能原理

电网频率固定不变，大容量运行状态转为小容量运行状态时，低压侧绕组线圈接线形式发生变化，绕组线圈匝数变为大容量状态下的3倍，则：

UEt=2

N2压绕组匝数。

Bm=

45EtAm

SCSS图2经济运行位置的确定原理

（1）

在实际运行情况下，考虑供电可靠性和变压器的经济负载系数，有载调容变压器的切换电流设定为低容量额定电流的80%。表1是部分型号变压器的临界负载容量和切换电流。

表1型号变压器的临界负载容量和切换电流

额定容量SN/kVA

160（50）200（63）250（80）315（100）400（125）500（160）630（200）

SC/kVA40506480100128169

IC/A587392115144185231

Et为每匝电势；U2为低压侧电压；N2为低式（1）中，

（2）

Bm为式（2）中，Am为铁芯有效截面积（固定不变）；

铁芯磁通密度。

根据式（1）和（2）可知，小容量状态下铁芯磁通密度

倍。空载运行时，铁芯Bm降低为大容量状态下的13涡流损耗和磁滞损耗都与铁芯磁通密度的平方呈正比，当变压器处于小容量运行状态下时，铁芯涡流损耗和磁滞损耗降低，空载损耗和空载电流降低，达到节能效果。

节能运行方式的选择

综合经济分析

以变压器损耗最小为最优目标，选择有载调容变压器的运行方式时，需要综合考虑供电可靠性和变压器的经济运行效率。在已知变压器负载（S）的情况下，通过分析高、低容量状态下变压器的损耗ΔPH和ΔPL来确定变压器经济运行方式。

［8］

ΔPH=P0H+βH×PKH

现在以S11-315kVA配电变压器和SZ11-T-315kVA配电变压器为例进行经济对比。为了方便进行经济对比，将年运行费用，综合经济指标［9］纳入经济对比指标。

4.1

年运行费用

年运行费用采用（6）和（7）公式计算。

（3）（4）

S11配电变压器年运行费为：

é8600×(P0+0.05×I0×SN100)ù

ú×k（6）ΔC1=ê

ê+T×(Pk+0.05×Uk×SN100)úëû

式（6）中，P0表示固定损耗（铁耗），I0表示空载电

ΔPL=P0L+βL2×PKL

P0H和P0L分别为变压器高、其中，低容量状态下的PKH和PKL分别为变压器高、空载损耗；低容量状态下的

短路损耗；βH和βL分别为变压器高、低容量状态下负载系数，βH=(SSNH)，βL=(SSNL)，SNH和SNL分别为变压器高、低状态下的额定容量。

T表示等效满载时间，Pk表流，SN表示配变额定容量，

Uk表示短路电压，示可变损耗（铜耗），k表示电价。

SZ11-T配电变压器年运行费用公式：

有载调容变压器的能效评估

第11期

P0、Pk分别表示变压器的铁耗和铜耗。20.5，

T1×(PH0+0.05×I0×SN/100)éù

êúΔC2=ê+(8600-T1)×(PL0+0.05×I0×SN/100)+ú

êK×(P+0.05×U×S/100)ú

kkNëû

虽然SZ11-T型配电变压器的初始投资高于S11型配电变压器10%左右，但由于SZ11-T型配电变压器的铁耗低于S11型配电变压器，因而，SZ11-T型配电变压器总拥有费用（15.47万元）低于S11型配电变压器总拥有费用（20.43万元），SZ11-T型配电变压器的总有用费用相比于S11型配电变压器的总拥有费用降低了24.30%。

5结语

（7）

T1表示配变在高容量下的运行时间，PH0式（7）中，PL0表示低容量的固定损表示高容量的固定损耗（铁耗），I0表示空载电流，SN表示配变额定容量，耗（铁耗），T表

示等效满载时间，（铜耗），Pk表示可变损耗Uk表示短路电压，k表示电价

以某地区年最大负荷曲线（见图3）为例，SZ11-T变压器在配变高容量全年运行时间大约为1700h，配变低容量全年运行时间为6900h，等效满载时间为2000h。按照以上全年运行时间，SZ11-T有载调容配电变压器比S11普通油浸式配电变压器节约耗电量4302kW·h，折合2400元左右。变压器的平均运行年限为20年，折算下来，SZ11-T型配电变压器的投资静态回收年限比S11型配电变压器投资静态回收年限多了5.6年。

有载调容变压器是一种新型的配电变压器，应用改变变压器绕组的方式改变变压器容量，减小变压器铁耗。有载调容变压器的年运行费用、投资静态回收年、综合经济指标优于传统的同能效等级变压器。尤其是在用电负荷峰谷差较大地区，有载调容变压器的经济性指标更优。这种变压器若能在配网中广泛应用，能有效降低配电变压器的损耗，降低电网整体线损率，更加有益于电网的精益化管理。

参考文献：

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图3年最大负荷曲线

4.2综合经济指标

综合经济指标采用总拥有费用（TOC）计算方法来表述所购变压器全面的综合费用。TOC法包括初始投资（采购和安装费用）和寿命期（以下以20年为寿命期）运行费用两部分，公式如（8）所示：

总拥有费用CT=Ci+Cj

Cj的公式如（9）所示：

Cj=k1P0+k2Pk

（8）

Ci表示初始投资费用，Cj表示运行费用，式（8）中，

（9）

k1表示寿命期每W铁耗所需费用，式（9）中，一般取

值48.7，k2表示寿命期每W铜耗所需费用，一般取值

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