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1、电气工程领域,电气节能技术,第7章 变压器节电技术,第1节 变压器的基本参数,1变压器的负荷率 变压器的负荷率可按下式计算,式中， 为负荷功率因数,由于变压器实际运行中，负荷是不断变化的，所以不能根据变压器某一瞬间的负荷来计算，而应取一段时期（一个周期）内的平均负荷率。 对于企业，可以一天（24h）作为变压器负荷变化的周期。则变压器负荷率为,为便于计算，可近似认为在时间内负荷恒定不变，则,式中， 视在功率的均方根,式中， ，即一天时间里测量变压器负荷的次数,当t =1时， ，即每小时测量一次，并认为每小时内负荷不变。在负荷变化较大的场合，t的大小视具体情况而定。,若测的是变压器二次电流，则,式
2、中， 是变压器二次侧均方根电流，单位为A,也可利用负载波动损失系数（动态系数）来计算负荷率。,负载波动损失系数：是指某段时间T内，有功功率的均方根值与平均值之比，即,同样还可把它写成如下形式,或,因此，负荷率可写成,或,2变压器的损耗 它包括有功损耗和无功损耗两部分。 （1）变压器的有功损耗 变压器在某一负荷下的有功损耗为,式中，P0 变压器空载有功损耗，kW，可查产品手册； Pd 变压器额定电流时的负载损耗，kW。,（2）变压器的无功损耗 变压器在某一负荷下的无功损耗为,式中Q0 变压器空载无功损耗，kvar， （kvar） I0% 变压器空载电流百分数，可由产品手册查得。 Qd 变压器短路
3、无功损耗，kvar， （kvar） Ud% 变压器短路电压百分数，可由手册查得。,所以，,（3）变压器综合损耗 变压器在某一负荷下的综合损耗为,式中K无功经济当量，kW/kvar，可通过计算确定。 当变压器安装地点距供给无功功率的电源愈远，经济当量愈大。 无功经济当量的估算值，可参考表4-1。,3变压器的效率 变压器的效率为变压器输出功率与输入功率的百分比，即,式中U2 变压器二次侧电压，kV； I2 变压器二次侧电流，A； 负荷功率因数。 变压器最大效率时的负荷率，称为最佳负荷率，可按下式计算,从而可得出变压器最佳的经济负荷为,变压器全日效率为,可以从日负荷曲线按时间分段由上式求得。,对于变
4、压器的最佳负荷率，当只计及变压器有功功率损耗时，可写成,国产电力变压器的最佳负荷率一般为0.40.6，对应的变压器最大效率为,4变压器的年电能损耗 变压器的年负荷率可按下式计算：,式中 年加权平均功率因数， 可根据 求得；,AP、AQ在所计算时间内（1年）的有功电量和无功电量，kWh，kvarh，可由安装在降压变压器高压侧的电能表取得； T变压器年运行小时数。,变压器年电能损耗为,式中 变压器正常负荷下工作小时数，参见表4-2。,年综合电能损耗最小的变压器经济负荷率为,对长年持续生产且日负荷变化不大的三班制企业， 较为节能； 对二班制企业， 较节能； 对负荷变化较大的单班制企业，宜取较高的,第
5、2节 变压器的合理选择,1变压器容量的基本估算 主要有三种方法： （1）利用计算负荷法估算 先求出变压器所要供电的总计算负荷，然后按下式估算： 变压器容量=总计算负荷+考虑将来的增容裕量 （2）利用最经济运行效果法估算 所选择的变压器，其最佳经济负荷和实际使用负荷相等或相近，即,式中S 实际使用负荷，kVA；, 所选择变压器最高效率时的负荷率。,（3）按年电能损耗最小法选择变压器 它是根据年电能损耗最小为原则来选择变压器容量的，即变压器容量应在使用负荷和最高经济负荷之间进行选择：一班制企业，可按使用负荷选择变压器容量，也可略留裕量；二班间断和三班间断的企业，可分别按比例使用负荷高一级和二级左右
6、的容量选择变压器；三班连续制企业，可按最经济负荷选择变压器。 上述三种方法都存在着不足，不能单一使用。,2按综合经济效果选择变压器 这种方法选择变压器，不但考虑变压器年电能损耗为最小，还考虑了基建投资（一次投资）、电价制度、变压器维修、折旧费等因素。所以，这种方法能较全面地反映选择变压器的经济性和合理性。 这种方法是：从多个方案的比较中选择其基建投资少、运行费用低的方案为最佳方案。 具体方法：在满足供电质量、可靠性、运行合理、维护方便等条件的前提下，按以下各项指标进行经济比较。,（1）基建投资 式中 Cb1变压器价格、附属设施和安装、土建费，万元； Cb2向地区电业部门缴纳供电贴费，万元。,（
7、2）年运行费,（万元/年）,式中C1折旧费，C1=变压器价格折旧率Cn%，年折旧率Cn%取5%； C2维护费，C2=变压器价格维护费率Cm%，年维护费率Cm%取2%5%； C3运行人员工资，因占总运行费比例甚小，且为相同项，故在方案比较中可不计入； C4年基本电价费，C4=12月基本电价费变压器容量，月基本电价费一般取4元/kVA.月； C5年电能损耗费，,变压器负荷年用电费；,变压器年电能损耗费，对于企业变压器；,变压器年电能损耗费，对于企业变压器，,（万元/年）,式中 KG 无功电价等效当量，可查相关手册； T 变压器年运行小时数，即接于电网时间； 变压器正常负荷下工作小时数，查表4-2；
8、 电价，元/kWh；,（3）无功补偿装置费用 当变压器容量选大后，会导致自然功率因数下降，若功率因数达不到电业部门的规定时，需加装电容器进行无功补偿。这时需要考虑投资，即将无功补偿容量乘以单位造价指标，将所得投资额计入基建投资中，其运行费用计入年运行费中。,（4）计算结果比较，确定最佳方案 在几个方案中，会出现投资少、年运行费用多，或投资多、而年运行费用少的情况，这时应选择其中综合经济效果最好的方案，即引入“折返年限”权衡取舍。 两方案折返年限的计算 （年） 当N35年时，选取投资多的方案。 对于基建周期较长的企业，取上限；对基建周期短者取下限。 按照综合经济效果所选取的变压器，其负荷率一般较
9、高，约0.70.9。,（5）两点说明 在计算年电能损耗费C5的公式中，只计及了电能的商品价格，而每kWh电能所创造的价值远比它本身的商品价格为高。因此，在比较各种方案时，若差别不大，则应从节能原则来考虑选择变压器容量。 以上公式中，未考虑投资和运行费用的利率，实际上应加以考虑。,例：某工厂（三班制企业）设备装机容量为740KVA，实际使用的负荷量为S=400KVA，平均功率因数为滞后0.95（补偿后）。设变压器年运行小时数为8700h，正常负荷下工作小时数为6900h。试问：配备均能满足负荷需要的10/0.4kV、SL7-800KVA或SL7-630KVA变压器，哪一种变压器更为合适？该厂是以
10、 为基准考核的企业，无功电价等效当量 ，电价为 ，供电贴费为100元/KVA。SL7-800KVA变压器技术数据： ， ， ， ，变压器价格为4.16万元，综合造价为5.4万元。SL7-630KVA变压器技术数据： ， ， ， ，变压器价格为3.5万元，综合造价为4.3万元。,解：对于SL7-800KVA变压器：变压器负荷率为,基建投资：,年运行费：,其中：折旧费和维护费,运行人员工资C3略去不计。,年基本电价费,变压器负荷年用电费,变压器年电能损耗费：,则,故,对于SL7-630KVA变压器：变压器负荷率为,基建投资：,年运行费：,其中：折旧费和维护费,运行人员工资C3略去不计。,年基本电价
11、费,变压器负荷年用电费,变压器年电能损耗费：,则,故,将上述计算结果列表如表4-3所示：,第3节 变压器的经济运行,1负载波动损失系数法计算变压器损耗 （1）变压器有功功率损耗和损耗率的计算 有功功率损耗,式中KT 负载波动损失系数，可按前述公式计算或查相 关手册求得。,有功损耗率,式中 T小时内的平均负荷率， AT T小时内的电量，kWh； T小时内的功率因数。,（2）变压器无功功率损耗和损耗率的计算 无功功率损耗,无功损耗率,（3）变压器综合功率损耗和综合损耗率的计算 综合功率损耗,式中 K 无功经济当量，kW/kvar； P0Z 变压器综合空载损耗，kW， PdZ 变压器综合短路损耗，k
12、W。 综合损耗率,2变压器技术特性优劣的判定 （1）相同容量变压器的有功损耗临界负荷SLP的计算,（kVA）,（2）相同容量变压器的无功损耗临界负荷SLQ的计算,（kVA）,（3）相同容量变压器的综合功率损耗临界负荷SLZ的计算,（kVA）,（4）不同容量变压器的综合功率损耗临界负荷SLZ的计算,（kVA）,若以上各式计算结果为虚数时，要选择空载损耗小的变压器运行；若为实数，当负荷小于临界负荷时，令空载损耗小的变压器运行，反之，令空载损耗大的变压器运行。,3并联变压器经济运行方式的判定 （1）相同容量、参数的变压器经济运行台数的选择与判定 临界负荷,当负荷小于临界负荷时，n台变压器运行，反之n
13、+1台变压器运行。 对于各种规格的变压器，其SLZ值可查相关手册。,（2）相同容量、参数不同的变压器经济运行方式的判定 两种相同台数运行方式,临界负荷为,当计算结果为虚数时，选择综合空载损耗小的组合方式运行；如为实数，当负荷小于临界负荷时，令综合空载损耗小的组合方式运行，反之，令综合空载损耗大的组合方式运行。,单台和两台运行方式 临界负荷,当负荷小于临界负荷时，选择单台变压器运行，反之，选择两台变压器运行。, n台和n+1台运行方式 临界负荷,式中 第n+1台变压器的综合空载损耗，kW。 当负荷小于临界负荷时，为n台变压器运行；反之，为n+1台变压器运行。,（3）不同容量、参数的变压器经济运行
14、方式的判定 两种相同台数运行方式,临界负荷,当计算结果为虚数时，选择综合空载损耗小的变压器组合方式运行；如为实数，当负荷小于临界负荷时，令综合空载损耗小的变压器组合方式运行，反之，令综合空载损耗大的变压器组合方式运行。,单台和两台运行方式 临界负荷,当负荷小于临界负荷时，令单台变压器运行，反之，令两台变压器运行。,n台和n+1台运行方式 临界负荷,式中 第n+1台变压器的综合空载损耗，kW。 当负荷小于临界负荷时，为n台变压器运行；反之，为n+1台变压器运行。,4增设小容量变压器的经济性问题 增设小容量变压器是否合算，要看增设后投资回收期年限为多长。当投资回收年限短于5年时，须增设小容量变压器
15、。 投资回收年限为,（年）,式中Cx 增设小容量变压器的投资，元； Cc因增设小容量变压器减少的无功损耗而相应减少相同容量电容器的投资，元； Tx 小容量变压器一年运行小时数； 电价，元/kWh。 下标“D”为大容量变压器的参数，下标“x”为小容量变压器的参数,5两台不能并列运行的变压器经济运行方式的确定 临界负荷为,式中K1、K2变压器1、2处的无功经济当量， 一般 当负荷小于临界负荷时，应投入变压器1运行，反之，应投入变压器2运行。,6根据日负荷曲线核算变压器容量是否适当 变压器负荷可能随着工厂生产的发展而增大，但是否需要增容，还要视具体情况作技术经济比较。通常可根据变压器的日负荷曲线，核算其是否在允许的运行范围，运行是否经济，然后再决定是否需要增容。 例：（略） （P241）,第5节 变压器的节能改造,针对能耗高的老型变压器，要进行节能改造。方法： 1中、小型变压器的降容改造（是对被更新下来的变压器进行的） 其改造原理主要是通过增加线圈匝数、减
