郝治國　趙學(xué)文　張保會
西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，陜西 西安 710049

摘要：根據(jù)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行理論,研究了變壓器實(shí)時(shí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的算法，開發(fā)了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用工控機(jī)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集終端“網(wǎng)絡(luò)893”構(gòu)成，具有實(shí)現(xiàn)方便、編程簡單、運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：變壓器,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,實(shí)時(shí)監(jiān)控

1　引言

　　變壓器是一種應(yīng)用很廣泛的變電設(shè)備。從發(fā)電、供電到用電一般需要經(jīng)過3-5次的變壓過程，其自身產(chǎn)生有功功率損耗和無功功率損耗。由于變壓器臺數(shù)多、總?cè)萘看螅牡碾娔芤卜浅？捎^，在廣義電力系統(tǒng)中（包括發(fā)、供、用電）變壓器損耗的電能大約可以占到系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右［1］。降低變壓器電能損耗的主要途徑是提高變壓器性能，采用新型高效設(shè)備，再者就是在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

　　變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在確保變壓器安全運(yùn)行及傳輸電量相同的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有設(shè)備，采取變壓器運(yùn)行臺數(shù)、分接頭檔位等最佳組合以及改善變壓器運(yùn)行條件等技術(shù)措施，從而最大限度地降低變壓器的電能損失和提高供電質(zhì)量［1］。在變電所中，由于變壓器容量、電壓等級、鐵心、繞組及制造工藝等的不同，變壓器之間的技術(shù)特性和參數(shù)存在著差異，在供應(yīng)相同負(fù)載的條件下，必然存在著有的變壓器運(yùn)行方式損耗大，有的變壓器運(yùn)行方式損耗小的情況，在多種變壓器運(yùn)行方式中，損耗小的運(yùn)行方式就是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式［2，3，4］。基于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的計(jì)算軟件也涌現(xiàn)出很多的版本，這些軟件多是對變壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行離線分析，這對于負(fù)載波動較大的變電站，存在著不能及時(shí)判斷及控制等弊端。為此，本文開發(fā)了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)采集變壓器電壓、電流等數(shù)據(jù)，進(jìn)行有功、無功及其損耗的計(jì)算分析判斷，選擇變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，自動投切變壓器。系統(tǒng)硬件由模擬量采集運(yùn)算單元、開關(guān)量輸入輸出單元、通信卡及工控機(jī)等組成，軟件在Windows NT環(huán)境下運(yùn)行，人機(jī)交互界面友好，所有計(jì)算、控制結(jié)果都以表格或圖形顯示，閱讀方便直觀。

2　理論基礎(chǔ)與判定原理

2.1理論基礎(chǔ)

　　變壓器技術(shù)參數(shù)是分析變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是通過不同的運(yùn)行方式組合，尋求降低變壓器有功功率損耗和無功功率損耗的途徑［１，２，３，４］。因此，變壓器的有功功率和無功功率損耗的計(jì)算式是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)算式。同時(shí)，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行也是降低電力系統(tǒng)損耗的重要措施，變壓器的綜合功率的分析計(jì)算也屬于變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基礎(chǔ)理論。

　　a. 有功功率損耗

　　雙繞組變壓器的有功功率損耗ΔP

　　

　　P0——變壓器空載損耗

　　Pk——變壓器額定負(fù)載下的短路損耗，取決于變壓器繞組的銅耗及附加銅耗。

　　β——變壓器的負(fù)載系數(shù)，β=S/SN。

　　S——變壓器實(shí)時(shí)視在功率

　　SN——變壓器額定視在功率

　　三繞組變壓器的有功功率損耗ΔP

　

　　Pk1、Pk2、Pk3——變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次側(cè)繞組負(fù)載損耗
　　β1、β2、β3——變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次側(cè)繞組負(fù)載系數(shù)

　　S1N、S2N、S3N——變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次側(cè)繞組額定視在功率

　　S1、S2、S3——變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次側(cè)繞組實(shí)時(shí)視在功率

　　b. 無功功率損耗

　　變壓器是借助于電磁轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電壓變換的,它是一個強(qiáng)感性的電氣設(shè)備,在傳輸功率的過程中,負(fù)載電流在變壓器上的無功損耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的有功損耗。因此,變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行中降低無功損耗的潛力遠(yuǎn)大于有功損耗,同時(shí)無功的節(jié)約有利于電壓穩(wěn)定。

　　雙繞組變壓器無功功率損耗ΔQ ：



　　Q0——變壓器空載無功功率損耗；

　　Qk——變壓器額定負(fù)載下無功功率損耗。

　　三繞組變壓器無功功率損耗ΔQ：

　
　　Qk1、Qk2、Qk3——變壓器一次側(cè)、二次側(cè)、三次側(cè)額定負(fù)載下無功功率損耗

　　β１、β2、β3——同上

　　c. 綜合功率損耗

　　 綜合功率損耗是指變壓器有功功率損耗和因其消耗無功功率使電網(wǎng)增加的有功功率損耗之和。綜合功率損耗既考慮變電設(shè)備的節(jié)電，又考慮了供電網(wǎng)損耗的降低，綜合功率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是立足于電力系統(tǒng)總體最佳的節(jié)電方法［１］。

　　雙繞組變壓器綜合功率損耗ΔPZ：

　　
　　P0Z——變壓器空載綜合功率損耗；

　　PkZ——變壓器額定負(fù)載下綜合功率損耗。

　　KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，它的物理意義是指變壓器每減少1kvar無功功率損耗時(shí)，引起連接系統(tǒng)有功功率損耗下降的kW值，KQ的大小和變壓器在電力系統(tǒng)中的位置有關(guān)，對于確定的變電站內(nèi)變壓器KQ為常數(shù)。

　　三繞組變壓器各側(cè)繞組額定負(fù)載綜合功率損耗PkZ1、PkZ2、PkZ3為：



2.2變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù)特性優(yōu)劣判定 