變壓器負載率

P0--空載損耗，主要是鐵損，包括磁滯損耗和渦流損耗;

磁滯損耗與頻率成正比;與最大磁通密度的磁滯系數(shù)的次方成正比。

渦流損耗與頻率、最大磁通密度、矽鋼片的厚度三者的積成正比。

PC--負載損耗，主要是負載電流通過繞組時在電阻上的損耗，一般稱銅損。其大小隨負載電流而變化，與負載電流的平方成正比;(并用標準線圈溫度換算值來表示)。

負載損耗還受變壓器溫度的影響，同時負載電流引起的漏磁通會在繞組內(nèi)產(chǎn)生渦流損耗，并在繞組外的金屬部分產(chǎn)生雜散損耗。

變壓器的全損耗ΔP=P0 PC

變壓器的損耗比=PC/P0

變壓器的效率=PZ/(PZ ΔP)，以百分比表示;其中PZ為變壓器二次側(cè)輸出功率。

①負載曲線的平均負載系數(shù)越高，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越小的變壓器;負載曲線的平均負載系數(shù)越低，為達到損耗電能越小，要選用損耗比越大的變壓器。

②將負載曲線的平均負載系數(shù)乘以一個大于1的倍數(shù)，通常可取1-1.3，作為獲得最佳效率的負載系數(shù)，然后按βb=(1/R)1/2計算變壓器應具備的損耗比。

③對于實際負載，變壓器本身應具有較佳的損耗比，而且總損耗最小，即空載損耗與負載損耗之和要盡可能地小。

1)推廣使用低損耗變壓器

(1)鐵芯損耗的控制

變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi)，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來的損耗。

最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，為了克服磁回路中由周期性磁化所產(chǎn)生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產(chǎn)生的渦流，變壓器鐵芯是由鐵線束制成，而不是由整塊鐵構成。

1900年左右，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低。經(jīng)多次改進，用0.35mm厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯。

1903來世界各國都在積極研究生產(chǎn)節(jié)能材料，變壓器的鐵芯材料已發(fā)展到現(xiàn)在最新的節(jié)能材料--非晶態(tài)磁性材料如2605S2，非晶合金鐵芯變壓器便應運而生。使用2605S2制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的1/5，鐵損大幅度降低。

(2)變壓器系列的節(jié)能效果

上述非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音、低損耗等特點，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的1/5，且全密封免維護，運行費用極低。

我國S7系列變壓器是1980年后推出的變壓器，其效率較SJ、SJL、SL、SL1系列的變壓器高，其負載損耗也較高。

80年代中期又設計生產(chǎn)出S9系列變壓器，其價格較S7系列平均高出20%，空載損耗較S7系列平均降低8%，負載損耗平均降低24%，并且國家已明令在1998年底前淘汰S7、SL7系列，推廣應用S9系列。

S11是推廣應用的低損耗變壓器。S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結構。硅鋼片連續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60~80，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20~35。運行時的噪音水平降低到30~45dB，保護了環(huán)境。

非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器系列的空載損耗較S9系列降低75%左右，但其價格僅比S9系列平均高出30%，其負載損耗與S9系列變壓器相等。

2)選擇與負載曲線相匹配的變壓器

案例分析:配電變壓器的容量選擇??

A、按變壓器效率最高時的負荷率βM來選擇容量?

當建筑物的計算負荷確定后，配電變壓器的總裝機容量為:?

S=Pjs/βb×cosφ2(KVA)(1)?

式中Pjs?--建筑物的有功計算負荷KW;?

cosφ2--補償后的平均功率因數(shù)，不小于0.9;?

βb--變壓器的負荷率。?

因此，變壓器容量的最終確定就在于選定變壓器的負荷率βb。?

我們知道，當變壓器的負荷率為:?

βb=βm=(1/R)1/2時效率最高。(2)

R=PKH/Po(即變壓器損耗比)?

式中Po--變壓器的空載損耗;?

PKH--變壓器的額定負載損耗，或稱銅損、短路損耗。?

以國產(chǎn)SGL型電力變壓器為例，其最佳負荷率計算如下:?

表國產(chǎn)SGL型電力變壓器最佳負荷率βm?容量(千伏安)

500

630

800

1000

1250

1600

空載損耗(瓦)

1850

2100

2400

2800

3350

3950

負載損耗(瓦)

4850

5650

7500

9200

11000

13300

損耗比R?????

2.62

2.69

3.13

3.20

3.28

3.37

最佳負荷率βm

61.8

61.0

56.6

55.2

55.2

54.5

由表可見，如果以βm來計算變壓器容量，必將造成容量過大，使用戶初期投資大量增加。其原因Pjs是30分鐘平均最大負荷P30的統(tǒng)計值，例如民用建筑的用電大部分時間實際負荷均小于計算負荷Pjs，如果按βm計算變壓器容量則不可能使變壓器運行在最高效率βm上，這樣不僅不能節(jié)約電能且運行在低β值上，則消耗更多的電能，因此按變壓器的最佳負荷率βm來計算變壓器的容量是不合理的。?

B、按變壓器的年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率βj計算容量?

由于實際負荷總在變化，無法精確計算出變壓器的電能損耗。然而對于某類電力用戶，它的最大負荷利用小時數(shù)，最大負荷損耗小時數(shù)可依據(jù)同類用戶統(tǒng)計數(shù)據(jù)來近似計算。?

變壓器的年有功電能損耗可按下式估算?

△Wb=PoTb PKH(Sjs/S2e)²τ=PoTb PKHβ²τ(3)?

式中β--計算負荷率，等于變壓器的計算視在容量Sjs與額定容量Seb之比?

Tb--變壓器年投運時間?

τ--年最大負荷損耗時間，可由年最大負荷利用時數(shù)Tm查Tm-τ關系曲線。?

用戶電力負荷消耗的年有功能為:?

W=βSebcosφTm(4)?

則變壓器的年有功電能消耗率為:?

△W=△Wb/W=(PoTb PKHβ²τ)/βSebcosφTm(5)?

令d△Wdβ=0?

求出變壓器年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率βj;?

βj=(PoTb/PKHτ)1/2=(Tb/τ)1/2*βM(6)?

即配電變壓器按照節(jié)能負荷率βj計算容量時，其年有功電能損耗率最小。

由式(6)可見，變壓器的節(jié)能負荷率與年最大負荷損耗時間有關，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所對應的τ值，對于高層民用建筑還沒有這方面的統(tǒng)計資料，可參考工業(yè)企業(yè)的類似資料。Tb按7500h，而根據(jù)高層民用建筑的不同功能，τ值在2300-4500范圍內(nèi)選取，因此βj=(1.3-1.8)βM。從表(1)干式變壓器的最佳負荷率βM值，可求出節(jié)能負荷率βj。

對于高層寫字樓，由于五天工作制，且晚上下班后的其余時間均處于輕載，其電力負荷的運行特點，相當于工業(yè)企業(yè)的單班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負荷率βj=0.85-0.98;

對于高層賓館及高層建筑中以商業(yè)為主的大廈，其相當于工業(yè)企業(yè)的兩班制生產(chǎn)，變壓器的節(jié)能負荷率βj=0.71-0.85。

由此可見，按節(jié)能負荷率計算變壓器的容量，要小于按最佳負荷率所計算的變壓器的容量，這樣不但年電能損耗小且一次性投資省。

C、按變壓器的經(jīng)濟負荷率計算容量?

上節(jié)分析可知按年有功電能損耗率最小時的節(jié)能負荷率βj計算變壓器的容量有利于節(jié)省初投資。然而相當于二班制運行特點的高層建筑中的配電變壓器，按β?j計算出的容量還是偏大，必將增加用戶的一次性投資。如何能做到既能節(jié)省一次性投資，又能使電能損耗小，或者說能否做到初投資省和電耗小這對矛盾在變壓器運行在負荷率的某一區(qū)域內(nèi)獲得相對統(tǒng)一，下面我們對變壓器的年有功電能損耗率公式作進一步的分析。?

對同一變壓器，在某一負荷率β運行情況下的年有功電能損耗率如式(5)，而在節(jié)能負荷率下的年有功電能損耗率為:?

△Wj=(PoTb PKHβ2jτ)/βjSebcosφTm(7)?

用(5)式的兩邊除以(7)式的兩邊，并用(6)式代入，整理后得:?

△W/△Wj=1/2(β/βj βj/β)(8)?

上式為變壓器運行在某一負荷率β時的年有功電能損耗率相對于運行在節(jié)能負荷率βj時的年有功電能損耗率隨相對節(jié)能負荷率變化的函數(shù)關系。?

該式中當β=βj時，△W/△Wj=1，當β>βj或β<βj時，△W/△Wj均大于1。?當β/βj從1.0增加到1.3，增加30時，△W/△Wj從1.0增加到1.035，只增加了3.5;當β/βj從2.0增加到2.3，增加15時，△W/△Wj從1.25增加到1.37，增加了9.6。

可見在β/βj的低值區(qū)，△W/△Wj的增加值相對于β/βj的增加值是非常微小的，且增加的速率也是很小的，也就是說，在該區(qū)域中，我們用微小的年電能損耗率增加值來換取變壓器的容量的較大減小使得一次性投資的明顯降低，因此，我們選擇相對節(jié)能負荷率β/βj在1-1.3范圍內(nèi)，即經(jīng)濟負荷率為:?

βjj=(1~1.3)βj(9)?

我們按經(jīng)濟負荷率βjj選出的變壓器容量，要比按節(jié)能負荷率βj選出的變壓器容量降低一級，由此而節(jié)約的初投資遠大于配電變壓器的年有功電能損耗費用，做到了經(jīng)濟性與節(jié)能性這對矛盾的相對統(tǒng)一，顯然這是一種既科學又經(jīng)濟合理的方法。?

這里討論的配電變壓器容量的計算方法，主要是針對高層建筑中所使用的變壓器，即使用干式或環(huán)氧樹脂澆注變壓器，然而該方法也適用于使用其他配電變壓器的場合。

(1)有功損耗:ΔP=P0+KTβ2PK-------(1)

(2)無功損耗:ΔQ=Q0+KTβ2QK-------(2)

(3)綜合功率損耗:ΔPZ=ΔP+KQΔQ----(3)

Q0≈I0%SN，QK≈UK%SN

式中:Q0--空載無功損耗(kvar)

P0--空載損耗(kW)

PK--額定負載損耗(kW)

SN--變壓器額定容量(kVA)

I0%--變壓器空載電流百分比。

UK%--短路電壓百分比

β--平均負載系數(shù)

KT--負載波動損耗系數(shù)

QK--額定負載漏磁功率(kvar)

KQ--無功經(jīng)濟當量(kW/kvar)

上式計算時各參數(shù)的選擇條件:

(1)取KT=1.05

(2)對城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的6kV~10kV降壓變壓器取系統(tǒng)最小負荷時，其無功當量KQ=0.1kW/kvar

(3)變壓器平均負載系數(shù)，對于農(nóng)用變壓器可取β=20%;對于工業(yè)企業(yè)，實行三班制，可取β=75%

(4)變壓器運行小時數(shù)T=8760h，最大負載損耗小時數(shù):t=5500h

(5)變壓器空載損耗P0、額定負載損耗PK、I0%、UK%，見產(chǎn)品資料所示。

配電變壓器分為鐵損(空載損耗)和銅損(負載損耗)兩部分。鐵損對某一型號變壓器來說是固

定的，與負載電流無關。銅損與變壓器負載率的平方成正比。

配電網(wǎng)電能損失理論計算方法

配電網(wǎng)的電能損失，包括配電線路和配電變壓器損失。由于配電網(wǎng)點多面廣，結構復雜，客

戶用電性質(zhì)不同，負載變化波動大，要起模擬真實情況，計算出某一各線路在某一時刻或某

一段時間內(nèi)的電能損失是很困難的。因為不僅要有詳細的電網(wǎng)資料，還在有大量的運行資料。

有些運行資料是很難取得的。另外，某一段時間的損失情況，不能真實反映長時間的損失變

化，因為每個負載點的負載隨時間、隨季節(jié)發(fā)生變化。而且這樣計算的結果只能用于事后的

管理，而不能用于事前預測，所以在進行理論計算時，都要對計算方法和步驟進行簡化。 為簡化計算，一般假設:

(1)線路總電流按每個負載點配電變壓器的容量占該線路配電變壓器總?cè)萘康谋壤?，分?/p>

到各個負載點上。(2)每個負載點的功率因數(shù)cos 相同。 這樣，就能把復雜的配電線路利

用線路參數(shù)計算并簡化成一個等值損耗電阻。這種方法叫等值電阻法。

等值電阻計算

設:線路有m個負載點，把線路分成n個計算段，每段導線電阻分別為R1，R2，R3，…，

Rn，

1.基本等值電阻Re

3.負載電流附加電阻ReT

在線路結構未發(fā)生變化時，Re、ReT、Rez三個等效電阻其值不變，就可利用一些運行參數(shù)

計算線路損失。

均方根電流和平均電流的計算

利用均方根電流法計算線損，精度較高，而且方便。利用代表日線路出線端電流記錄，就可

計算出均方根電流IJ和平均電流IP。

在一定性質(zhì)的線路中，K值有一定的變化范圍。有了K值就可用IP代替IJ。IP可用線路供

電量計算得出，電能損失計算

(1)線路損失功率△P(kW)

△P=3(KIP)2(Re+ReT+ReI)×10-3

如果精度要求不高，可忽略溫度附加電阻ReT和負載電流附加電阻ReI。

(2)線路損失電量△W

(3)線損率

(4)配電變壓器損失功率△PB

(5)配電變壓器損失電量△WB

(6)變損率 B

(7)綜合損失率為 + B。

另外，還有損失因數(shù)、負荷形狀系數(shù)等計算方法。這些計算方法各有優(yōu)缺點，但計算誤差較

大，這里就不再分別介紹了。

低壓線路損失計算方法

低壓線路的特點是錯綜復雜，變化多端，比高壓配電線路更加復雜。有單相供電，3×3相

供電，3×4相供電線路，更多的是這幾種線路的組合。因此，要精確計算低壓網(wǎng)絡的損失

是很困難的，一般采用近似的簡化方法計算。

簡單線路的損失計算

1.單相供電線路

(1)一個負荷在線路末端時:

(2)多個負荷時，并假設均勻分布:

2.3×3供電線路

(1)一個負荷點在線路末端

(2)多個負荷點，假設均勻分布且無大分支線

3.3×4相供電線路

(1)A、B、C三相負載平衡時，零線電流IO=0，計算方法同3×3相線路。

由表6-2可見，當負載不平衡度較小時，a值接近1，電能損失與平衡線路接近，可用平衡

線路的計算方法計算。

4.各參數(shù)取值說明

(1)電阻R為線路總長電阻值。 (2)電流為線路首端總電流?？扇∑骄娏骱途礁娏?。取平均電流時，需要用修正系

數(shù)K進行修正。平均電流可實測或用電能表所計電量求得。

(3)在電網(wǎng)規(guī)劃時，平均電流用配電變壓器二次側(cè)額定值，計算最大損耗值，這時K=1。

(4)修正系數(shù)K隨電流變化而變化，變化越大，K越大;反之就小。它與負載的性質(zhì)有關。

復雜線路的損失計算

0.4kV線路一般結構比較復雜。在三相四線線路中單相、三相負荷交叉混合，有較多的分

支和下戶線，在一個臺區(qū)中又有多路出線。為便于簡化，先對幾種情況進行分析。

1.分支對總損失的影響

假設一條主干線有n條相同分支線，每條分支線負荷均勻分布。主干線長度為欏&pound;

則主干電阻Rm=roL

分支電阻Rb=roé

總電流為I，分支總電流為Ib=I/n

(1)主干總損失△Pm

(2)各分支總損失△Pb

(3)線路全部損失

(4)分支與主干損失比

也即，分支線損失占主干線的損失比例為/nL。一般分支線小于主干長度，/nL<1/n

2.多分支線路損失計算

3.等值損失電阻Re

4.損失功率

5.多線路損失計算

配變臺區(qū)有多路出線(或僅一路出線，在出口處出現(xiàn)多個大分支)的損失計算。

設有m路出線，每路負載電流為I1，I2，…，Im

臺區(qū)總電流I=I1+I2…+Im

每路損失等值電阻為Re1，Re2，…，Rem

則

△P=△P1+△P2+…+△Pm=3(I21Re1+I22Re2+…+I2mRem)

如果各出線結構相同，即I1=I2=…=Im

Re1=Re2=…=Rem

6.下戶線的損失

主干線到用各個用戶的線路稱為下戶線。下戶線由于線路距離短，負載電流小，其電能損失

所占比例也很小，在要求不高的情況下可忽略不計。

取:下戶線平均長度為椋?沖個下戶總長為L，線路總電阻R=roL，每個下戶線的負載電流

相同均為I。

(1)單相下戶線

△P=2I2R=2I2roL

(2)三相或三相四線下戶

△P=3I2R=3I2roL

電壓損失計算

電壓質(zhì)量是供電系統(tǒng)的一個重要的質(zhì)量指標，如果供到客戶端的電壓超過其允許范圍，就會

影響到客戶用電設備的正常運行，嚴重時會造成用電設備損壞，給客戶帶來損失，所以加強

電壓管理為客戶提供合格的電能是供電企業(yè)的一項重要任務。

電網(wǎng)中的電壓隨負載的變化而發(fā)生波動。國家規(guī)定了在不同電壓等級下，電壓允許波動范圍。

國電農(nóng)(1999)652號文對農(nóng)村用電電壓做了明確規(guī)定: (1)配電線路電壓允許波動范圍為標準電壓的±7%。

(2)低壓線路到戶電壓允許波動范圍為標準電壓的±10%。

電壓損失是指線路始端電壓與末端電壓的代數(shù)差，是由線路電阻和電抗引起的。

電抗(感抗)是由于導線中通過交流電流，在其周圍產(chǎn)生的高變磁場所引起的。各種架空線

路每千米長度的電抗XO(/km)，可通過計算或查找有關資料獲得。表6-3給出高、低壓配

電線路的XO參考值。

三相線路僅在線路末端接有一集中負載的三相線路，設線路電流為I，線路電阻R，電抗為

X，線路始端和末端電壓分別是U1，U2，負載的功率因數(shù)為cos 。

電壓降△ù=△ù1-△ù2=IZ

電壓損失是U1、U2兩相量電壓的代數(shù)差△U=△U1-△U2

由于電抗X的影響，使得ù1和ù2的相位發(fā)生變化，一般準確計算△U很復雜，在計算時可

采用以下近似算法:△U=IRcos +閄sin

一般高低壓配電線路

該類線路負載多、節(jié)點多，不同線路計算段的電流、電壓降均不同，為便于計算需做以下簡

化。

1.假設條件

線路中負載均勻分布，各負載的cos 相同，由于一般高低壓配電線路阻抗Z的cos Z=0.8~

0.95，負載的cos 在0.8以上，可以用ù代替△U進行計算。

2.電壓損失