有载调容变压器的能效评估

2017年11月

HenanScienceandTechnology

工业技术

有载调容变压器的能效评估

王倩1

张建宾1

牛雨2杨新勇2

（1.国网河南省电力公司电力科学研究院，河南郑州

450000；2.河南恩湃高科集团有限公司，河南

郑州

450000）

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，1有载调容变压器调容原理

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有载调容变压器主要通过调节绕组匝数实现容量调的增加而增大［1］

。商业负荷、单班制的工业负荷和居民

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负荷有很强的规律性，在用电高峰时，可能会造成变压器式（D），低压侧绕组采用2和3并联然后与1串联的接线过载，在用电低谷时，变压器的负载率较低，变压器自身方式；在小容量时，变压器高压侧绕组采用星形接线方式损耗较大，造成电能浪费

［2-4］

。针对峰谷差较大的负荷或

（Y），低压侧绕组采用1、2和3三段串联接线方式［7］。调季节性负荷，采用有载调容变压器可以起到节能降损的容变绕组接线如图1所示。

作用。与无载调容变压器相比，有载调容变压器保证了根据变压器的基本原理，低压侧电压：UN2=U1æ供电可靠性和连续性，其可根据负荷的变化及时调整变è

2Nöø，

1压器整容量［5-6］。

大容量变为小容量时，高压侧绕组接线形式由三角形（D）

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（19-），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。

第11期

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的当ΔPH=ΔPL时，计算出来的变压器负载S即为变压13倍，小容量状态下N2为大容量状态下N2的3倍，器高、低容量转换的临界变压器负载容量SC。

因此低压侧电压在容量变化时保持不变。

S0H-P0LC=

PP（5）

ABCKLPS2-KH2NLSNH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S1Sa11Sb11Sc112Sa23Sb2Sc2LSa12Sb12Sc12△P△Pabc△PH△PH=△PL图1调容变绕组接线图

2有载调容变压器节能原理

P0HP0L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SCSS匝数变为大容量状态下的3倍，则：

图2经济运行位置的确定原理

EU2

t=N（1）

在实际运行情况下，考虑供电可靠性和变压器的经2济负载系数，有载调容变压器的切换电流设定为低容量式（1）中，

Et为每匝电势；U2为低压侧电压；N2为低额定电流的80%。表1是部分型号变压器的临界负载容压绕组匝数。

量和切换电流。

BEt（2）

表1

型号变压器的临界负载容量和切换电流

m=

45Am

式（2）中，ASC/kVAIC/Am为铁芯有效截面积（固定不变）；

B额定容量SN/kVA

m为铁芯磁通密度。

160（50）4058根据式（1）和（2）可知，小容量状态下铁芯磁通密度

200（63）5073250（80）92Bm降低为大容量状态下的13倍。空载运行时，铁芯315（100）80115涡流损耗和磁滞损耗都与铁芯磁通密度的平方呈正比，400（125）100144当变压器处于小容量运行状态下时，铁芯涡流损耗和磁500（160）128185滞损耗降低，空载损耗和空载电流降低，达到节能效果。

630（200）

169

231

3

节能运行方式的选择

4

综合经济分析

以变压器损耗最小为最优目标，选择有载调容变压现在以S11-315kVA配电变压器和SZ11-T-315kVA器的运行方式时，需要综合考虑供电可靠性和变压器的配电变压器为例进行经济对比。为了方便进行经济对经济运行效率。在已知变压器负载（S）的情况下，通过分比，将年运行费用，综合经济指标［9］纳入经济对比指标。

析高、低容量状态下变压器的损耗ΔPH和ΔPL来确定变4.1

年运行费用

压器经济运行方式［8］

。

年运行费用采用（6）和（7）公式计算。

ΔP2

H=P0H+βH×PKH

（3）S11配电变压器年运行费为：

ΔPL=P0L+β2L×PKL

（4）

é8600×(P0+0.05×I0×SN100其中，P0H和P0L分别为变压器高、低容量状态下的ΔC)ù

1=ê

êú空载损耗；Pë+T×(P×k（6）k+0.05×Uk×SN100)úû

KH和PKL分别为变压器高、低容量状态下的

短路损耗；β式（6）中，P0表示固定损耗（铁耗），I0表示空载电

H和βL分别为变压器高、低容量状态下负载系数，βH=(SSNH)，βL=(SS流，SN表示配变额定容量，

Pk表NL)，SNH和ST表示等效满载时间，NL分别为变压器高、低状态下的额定容量。

示可变损耗（铜耗），Uk表示短路电压，k表示电价。

·80·

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第11期

SZ11-T配电变压器年运行费用公式：

20.5，

P0、Pk分别表示变压器的铁耗和铜耗。éT1×(PH0+0.05×I0×S虽然SZ11-T型配电变压器的初始投资高于S11型配ΔCêN/100)ù

600-TSú2=ê+(81)×(PL0+0.05×I0×N/100)+电变压器10%左右，但由于SZ11-T型配电变压器的铁耗êú

ëK×(Pk+0.05×Uk×SN/100)ú

û

低于S11型配电变压器，因而，SZ11-T型配电变压器总拥（7）有费用（15.47万元）低于S11型配电变压器总拥有费用式（7）中，T（20.43万元），SZ11-T型配电变压器的总有用费用相比于1表示配变在高容量下的运行时间，PH0表示高容量的固定损耗（铁耗），PS11型配电变压器的总拥有费用降低了24.30%。

L0表示低容量的固定损耗（铁耗），I0表示空载电流，SN表示配变额定容量，T表

5结语

示等效满载时间，Pk表示可变损耗（铜耗），Uk表示短路电压，k表示电价

有载调容变压器是一种新型的配电变压器，应用改以某地区年最大负荷曲线（见图3）为例，SZ11-T变压变变压器绕组的方式改变变压器容量，减小变压器铁器在配变高容量全年运行时间大约为1700h，配变低容耗。有载调容变压器的年运行费用、投资静态回收年、综量全年运行时间为6900h，等效满载时间为2000h。合经济指标优于传统的同能效等级变压器。尤其是在用按照以上全年运行时间，SZ11-T有载调容配电变压器比电负荷峰谷差较大地区，有载调容变压器的经济性指标S11普通油浸式配电变压器节约耗电量4302kW·h，折合更优。这种变压器若能在配网中广泛应用，能有效降低2400元左右。变压器的平均运行年限为20年，折算下配电变压器的损耗，降低电网整体线损率，更加有益于电来，SZ11-T型配电变压器的投资静态回收年限比S11型网的精益化管理。

配电变压器投资静态回收年限多了5.6年。

参考文献：

［1］余卫国，熊幼京，周新风，等.电力网技术线损分析及降损对策［J］.电网技术，2006（18）：54-57.

［2］张恺凯，杨秀媛，卜从容，等.基于负荷实测的配电网理论线损分析及降损对策［J］.中国电机工程学报，2013（z1）：92-97.

［3］张宗伟，张鸿.基于负荷实测的配电网线损理论计算图3年最大负荷曲线

［J］.电力系统保护与控制，2010（14）：115-118

4.2综合经济指标

［4］景希云.配电变压器的降损措施［J］.民营科技，2011综合经济指标采用总拥有费用（TOC）计算方法来表（10）：12.

述所购变压器全面的综合费用。TOC法包括初始投资［5］黄振朋.有载调容变压器在农村配电台区的应用［J］.电（采购和安装费用）和寿命期（以下以20年为寿命期）运子制作，2013（14）：195.

行费用两部分，公式如（8）所示：

［6］刘伟，季杨，周云利，等.有载调容变压器的仿真及应用［J］.大庆石油学院学报，2003（4）：51-53.

总拥有费用CT=Ci+Cj

（8）

［7］徐明虎，王哲媛，王英明，等.基于有载自动调容配电变式（8）中，

Ci表示初始投资费用，Cj表示运行费用，压器降损节能效益分析［J］.东北电力技术，2014（10）：19-22.

Cj的公式如（9）所示：

［8］单晓红，钟月梅，王亚忠，等.配电变压器经济运行区间C和经济容量的选择［J］.广西电力，2009（2）：38-39.

j=k1P0+k2Pk

（9）

式（9）中，k［9］王金丽.有载调容变压器综合经济性分析及应用研究1表示寿命期每W铁耗所需费用，一般取

值48.7，k［J］.高压电器，2009（3）：32-35.

2表示寿命期每W铜耗所需费用，一般取值