主变运行损耗科学分析

野电1号主变运行损耗分析摘 要：本文结合我厂1号主变实际计量接线情况，否定了传统用高低压侧电量差值表示变压器损耗的计算方法，从变压器损耗的基本原理出发，对1号主变损耗进行了新的估算，满足企业对主变损耗监视的要求。关键字：二次压降 计量 铜耗 环流 我厂1号主变为SFP10/220型的超大型变压器。自去年6月投运以来，运行正常，累计送出电量一超过了19.3亿kWh。在输送电能的同时，变压器本身也产生了很大的损耗，这个损耗在综合厂用电中占到了一定的比例。目前该损耗值用变压器高低压侧通过的电能量之差值代替（1号主变为双绕组变压器），即可认为：主变损耗电量 = 主变低压侧进电量 主变高压侧出电量 （1）我厂1号主变100%负荷下的效率超过了99.7%，主变运行满负荷时的损耗值与所载负荷值比较占到了不足0.3%。自去年投运以来我厂采用了表达式（1）求其主变损耗，但是得到的损耗值一直是一个很不合理的数据（大部分时间超过了2.0万度/天），与变压器所带负荷也不成任何函数关系。开始怀疑变压器内部故障导致损耗超标，但是1号主变近期的绝缘油色谱分析结果表明，变压器内部运行状态正常。其数据见表1： 表1 主变绝缘油溶解气体含 单位：L/ L绝缘油气体含量绝缘油气体含量CH45.52C2H41.18C2H61.57C2H20H223.90CO282.91CO21814.09总烃8.271号主变出厂参数为：主分接开关位置（第三档）时，空载损耗P0值为107kW；负载损耗PK值为529kW。这两个参数为绕组温度换算到75时的等效值。按照此数据得出的主变损耗最大值为：（107+529）24 = 1.53万度，但是实际运行中损耗值要比这个数据小很多。原因是主变大部分时间的日平均负荷只能够占主变满负荷的67%，另外主变正常运行时绕组温度远达不到75。（长期的数据统计表明：1号主变绕组温度有效最高上限为52，下限为：39）。表达式（1）中的两个计量装置为类非贸易结算的电能计量装置，相关误差允许达到0.7%。可以看出，变量只要有其中一个值在允许误差范围内波动一下，则由（1）式得到主变损耗值会产生很大的变化。对我厂1号主变计量接线模式观察不难发现，主变高压侧计量方式是欠合理的。其主要表现在：主变高压侧没有专用的计量PT，而是采用220kV升压站的母线PT代替。从高准确度角度来讲，母线电压与主变电压不是严格等同的。我厂1号主变出口到母线这段距离有超过100米，这段架空线上的电阻压降虽然很小，如果再加上5的角度偏差，这个误差范围内的变化将足够引起主变高压侧的计量误差。其等值电路如图1所示， 其中：U为母线电压；I为主变输出相电流；R+jX为架空线、开关、刀闸构成的阻抗； U1为主变高压侧实际电压。其关系向量图如图2所示。通过向量图可以计算出，被少计量的有功电量与已计量有功电量的百分比为：|I| * R /（|U| * COS） 100% （2）高压侧计量表计二次回路太长，导致了PT二次电压下降过大。计量回路的二次接线超过三百米、经过了三次以上的中转，使PT二次压降严重增加（），是否超过了电能计量装置技术管理规定中规定的PT二次回路电压降不大于其额定二次电压的0.5%，由于设备原因还没有测试。根据计量线路的综合误差的表达公式可以看出： R=Rb+Rh+Rd（Rb为电能表的误差；（2）Rh为CT和PT的合成误差为PT二次回Rd路电压降引起的计量误差）可以看出：PT二次压降过大直接导致高压侧计量误差的负向偏移。综合以上两点原因，表示我厂主变高压侧的计量存在着较大的误差，所计量的电量只能作为一个参考值。因此，即使主变低压侧计量准确，表达式（1）不适合用于我厂主变损耗的计算。在否定了表达式（1）的计算方法后，主变损耗计算目前还没有较为直观方便的计算方法，只有从其运行参数和本身的特性参数进行估算。变压器的损耗分为铁耗和铜耗两大类，每一类损耗又分为基本损耗和附加损耗。鉴于铁耗的近似地与变压器铁心的Bm2或者励磁侧绕组U2成正比，并且一般长期处于额定工作电压，基本上保持不变。我厂1号主变可以用空载时的107kW损耗值近似等于负载是变压器的铁耗（包括附加损耗）。变压器铜耗是一个与变压器实时负荷相关的变量。其基本铜耗可以近似用I2RK75表示。对于S7系列变压器，附加损耗应该按照基本铜耗的20%计算；而对于S10系列，附加铜损按照基本铜耗的5%计算，在本文中附加铜耗按10%考虑。根据变压器损耗计算公式：P = P0 + 2PK 。经过公式转换，表达式可以转换成：P = P0 + S 2*PK/3U （3）其中：为变压器负载系数；P0、PK分别为变压器某温度下的空载和负载损耗；U为高压侧线电压，可以近似用母线电压表示。一般情况下，主变参数中的负载损耗值为绕组温度折算到75后的数值，则变压器实测值与75时的铜耗值有如下关系：PK/ PK75 = 0.758+ T/310 （4）其中：PK为绕组温度为T时的铜耗；PK75为绕组温度为75时负载损耗值，在这里可以用1号主变出厂试验数据中的负载损耗529kW等同。由表达式（3）、（4）可以看出，变压器的损耗功率P是一个以实时负载S和绕组温度T为变量的函数，其关系可以写成如下表达式： （5）可以看出，变压器损耗P在绕组温度一定时是一个与负荷S成二次函数关系的曲线。见图3。根据我厂1号主变的实际情况，现做出负荷曲线假想模拟：每天负荷符合分为三个阶段180MW、160 MW、140 MW；相应负荷各维持8小时，每台主变每天上网电量384万度，输出电能的功率因数为0.98；主变高压侧励磁电压近似按照242kV计算，主变额定容量240 MVA、额定电流573A；变压器绕组平均温度为45。则主变三个负荷段的损耗值见表2：表2 不同负荷下的损耗值功率P（MW）总功率S（ MVA）负载系数绕组、铁心损耗（kW）附加损耗（kW）总损耗（kW）180183.70.7638227409160163.30.6832722349140142.80.6027817296在内部无故障状态下，我厂1号主变平均损耗功率351kW，每天消耗的有功电量为8450kWh。假象负荷是一个理想化的数据，但是与我厂1号机的实际情况较为接近。只要保证了主变的总体负荷无大波动， 351kW可以当作是一个主变损耗的参考数据。另外还有一点值得关注，主变高压侧在并列运行的同时，也因为各主变相互之间相间因为轻微电压差而产生了环流损耗。这个电压差产生的原因来自于主变低压侧也就是发电机机端电压的差距。发电机自动励磁调节器的机端电压采集精度为0.5%，这就意味着发电机输出电压为：15.750.08kV。长期的数据统计显示：发电机机端电压值分布在15.7215.78 kV之间。经过主变升压之后，在各个主变的高压侧产生了电压差，从几十伏到几百伏不等。我厂三台主变并列运行的等值电路见图4：可以看出，当变压器绕组成为负载对象时，基本呈电抗性负载，环流损耗主要表现在主变从其它变压器或者电网吸收无功电量。截止到10月份为止，今年1号主变已经吸收到无功电量达140万kVar。吸收无功的同时必然导致变压器绕组的载流量增大，造成附加的有功损耗。小结： 要准确的计算出变压器的损耗还需要考虑很多方面的因素，例如变压器电流波形的畸变、谐波含量、