关于三相370MVA电力变压器效率的分析

(内蒙古呼和浩特金桥热电厂，内蒙古 呼和浩特 010020)
摘 要：文章从变压器的最基本原理进行分析，找出导致变压器损耗的因素，并据此分析了370MW电力变压器的效率特性，并从其效率特性出发，找出减少变压器损耗的方法和途径，以实现变压器运行的经济性。
关键词：变压器损耗；效率特性；电力变压器
中图分类号：TM424  文献标识码：A  文章编号：1007—6921(2009)02—0106—02

电力变压器是连续运行的电器设备,提高变压器的到运行效率,减少变压器在运行中的电能损耗,对节约能源、减小运行费用具有重要意义。特别随着今年来我国电力事业的发展，大中型电力变压器的推广和应用。实现变压器经济运行是不可忽视的重要方面。本文从370 000MVA变压器的损耗、负载系数及负载功率因数等出发，对变压器的效率进行了分析。
1 变压器的外特性

在保持一次电压U₁和负载功率因数λ₂不变的条件下，变压器二次电压U₂和电流I₂之间的关系U₂=f(I₂)称为变压器的外特性。当负载变化引起I₂变化时，U₂会发生变化。一般电感性和电阻性负载时的电压U₂小于空载电压E₂，而在电容性负载时，负载电压大于空载电压E₂。U₂随I₂变化的程度可用电压调整率来表示。它是标志变压器运行性能的主要指标之一。电压调整率V_R定义：在一次电压为额定值，负载功率因数不变的情况下，变压器从空载到满载，二次电压变化的数值（U_2N-U₂）与空载电压（即额定电压）U_2N的比值的百分比，即：

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2 370 000MVA变压器的损耗
2.1 变压器的能量传递

在变压器负载运行中，当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率η等于100%，变压器将不产生任何损耗。但实际上这种变压器是没有的，变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损。每一类又包含基本损耗和附加损耗两部分。

一次侧从电网吸收的有功功率为P₁＝(U₁I₁cosφ₁)，其中一部分消耗在一次绕组的电阻r₁(I₁²r₁)和铁心损耗(I⁰₂r_m)上，还有一小部分消耗在电阻_^r2上，(I²₂r₂)，其余输送给负载，即输出功率P₂=(U₂I₂cosφ₂，这就是变压器中有功功率的平衡关系。
2.2 变压器的铜损耗

基本铜损是指电流在绕组的电阻上引起的损耗，它等于I²₁r_k75℃。附加铜耗包括由于漏磁通引起的集肤效应使导线有效电阻变大而增加的铜耗，以及绕组由多根导线并绕（如螺旋式绕组）时内部的环流损耗等。附加损耗与电流平方成正比，也难以准确计算，中、小型变压器是将基本铜耗乘上一个系数1.005～1.05来把它考虑进去，大型变压器则乘上1.10～1.20或更大。铜耗以P_Cu表示，由于铜损耗与电流的平方成正比，随负载的变化而变化，故又称可变损耗。
可通过短路试验求铜损耗，则


式中：β称为负载系数。
2.3 变压器的铁损耗

基本铁损耗是指变压器铁芯中的磁滞损耗、涡流损耗。附加铁损耗包括铁芯间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、交变磁通在结构部件（夹板、螺栓等处）中引起的涡流损耗以及高压变压器的介质损耗。附加铁损耗难以准确计算，一般将基本铁耗乘上一个系数1.15～1.20来把它考虑进去。铁耗P_Fe近似地与B_m²或U²₁成正比。由于变压器一般长期工作在额定电压下，一次绕组电压和频率不变，铁损耗也就不变，不随负载的变化而变化，故又称不变损耗。
若用空载试验求铁损耗，则
P_Fe＝P_o              （4）
3 370MVA电力变压器的效率特性
3.1 变压器的效率

在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即

式中：η为变压器的效率;P1为输入功率，P2为输出功率。

变压器的电压调整率VR不大，若忽略不计，则有
    

金桥热电厂SFP9-370000/220型变压器的参数为：
P₀＝164.5KW   
P_S=634.56KW（75℃）
根据式（7）可求得变压器最大效率时：
β_max=0.51
此时：η_max=99.78%

在变压器满载时，即β=1时，求得η=99.73%。

由此可得效率特性如图1所示。  

通过以上对370MW电力变压器的效率分析，我们可以得出以下结论：
3.2.1 提高变压器的负载功率因数是解决变压器效率问题的首要选择。所以要提高负载的功率因数，减少无功损耗，降低能耗。
3.2.2 变压器的损耗主要包括铜损耗和铁损耗，铜损耗主要同短路电阻RS 和负载系数β有关；铁损耗主要同励磁电抗和空载电流有关。所以变压器的参数的选择直接影响到变压器的效率。
针对以上结论我们可以提出相对应的途径和方法，以提高电力变压器的效率。
3.2.3 减少变压器损耗，提高变压器效率的途径。
3.2.3.1 采用节能型无功补偿装置，实现无功分散和就地补偿。采取无功自动补偿装置提高负载的功率因数，减少无功损耗，提高运行效率。无功补偿就是借助无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统功率因数，降低能耗。为有的负荷波动较大的用电设备装设就地补偿装置。
3.2.3.2 减小空载损耗。对暂不用的供电回路，应及时断开电源线路，以减少线路上的空载运行损耗，一般可达3%～5%。
3.2.3.3 利用峰谷差别电价。建立管理制度，及时分析负荷突变原因，采取错峰填谷措施，合理调配用电负荷的均衡性、稳定性。以减少负荷波动引起的附加铜损。
［参考文献］
［1］ 唐介.变压器运行特性.电机与拖动［M］.北京：高等教育出版社，2003.
［2］ 牛维扬.变压器的损耗与效率.电机学［M］.北京：中国电力出版社，2002.