变压器利用率（共4篇）
变压器利用率 篇1
0 引言
目前, 电力变压器广泛采用的是差动保护。变压器是非线性元件, 存在励磁涌流的问题, 使得保护正确动作率变低。解决此问题的方法有很多, 例如二次谐波制动[1], 间断角原理, 波形对称原理等。而这些方法根据波形特征来判断, 容易受外界条件影响。而利用励磁电感变化来判别励磁涌流的方法从产生励磁涌流的本质原因出发-变压器铁心磁路饱和, 优于其他从波形表面特征的方法。
近十多年来, 国内外学者提出了一些利用励磁电感或等效瞬时电感的变化情况来区分励磁涌流的方法。文献[2]是通过励磁电感辨识变压器励磁涌流。它提出的算法用到了原副边的电压电流数据, 是解决带载运行时励磁电感计算问题。并且它忽略了电阻和漏感, 降低了励磁电感的精度。文献[3]是基于零序过滤的变压器励磁电感来辨识励磁涌流。这种方法计算过程复杂。文献[4]分析变压器三角形侧三相环流相等的基础上, 求出励磁电感。此方法难以准确求取暂态过程中的等效瞬时电感值。文献[5]针对Y, d联接变压器先通过一定算法求出三角形侧的环流, 再求出等效瞬时电感。该方法思路清晰, 但算法复杂。文献[6]有效考虑了等效电阻的影响, 提高了等效瞬时电感的计算精度。文献[7]采用归一化等效瞬时电感分布特性来辨识励磁涌流, 它与具体变压器参数、类型无关;具有普遍性。文献[8]用非饱和区来计算等效瞬时电感。根据非饱和区内等效瞬时电感的平均值进行辨识。文献[9]通过变压器模型列出算法求磁链电感大小。
上述文献都是利用变压器的原副边电压电流数据通过一定的算法求得励磁电感或等效励磁电感。只是它们研究时忽略的因素不同, 建立的变压器模型有所差异, 从而算法有差异。但它们的大体思路相同。这些文章需要副边数据。在某些情况下副边数据未知。并且对于典型的星型接地, 三角形连接的三相变压器, 还存在环流的影响, 使问题更加复杂。
我们研究的变压器大多是非线性的, 变压器本身存在磁滞特性。文献[10-16]讲的主要是变压器中磁滞回线的模拟算法。这些文章中并没有提出如何获取变压器的磁滞回线, 只是简单地给出了变压器一般的磁滞回线。然后根据磁滞回线提出各种算法来拟合磁滞回线, 并分析一些特性。而变压器在不同电压下, 磁滞回线是不同的。现在, 遇到的问题是如何根据变压器的电压电流数据来实时辨识出变压器的磁滞回线。然后根据求出的磁滞回线再求励磁电感。
本文的思路与其他文章不同, 就是变压器在空载时, 只利用原边的电压电流数据得到相应的磁滞回线。再根据磁滞回线上的点求出励磁电感。这样求出的励磁电感算法比其他文章简单可靠, 简化了求励磁电感的复杂程度。这解决的是空载时副边数据不可测的问题, 而目前大多数文章解决的是带载运行时励磁电感计算问题。这为利用励磁电感判别励磁涌流提供了一种新的求励磁电感的思路。通过仿真得出磁滞回线和励磁电感。并与理论相结合进行分析。证明了此方法的正确性和可行性。
1 励磁电感算法
单相变压器的T型等效电路如图1所示。
图1忽略了绕组电阻和励磁电阻。当副边空载时, 副边电流i2=0。图中L1、i1、u1分别为原边绕组的漏感、电流以及端电压;L2、i 2、u 2分别为副边折算到原边的漏感、电流和端电压;Lm、im分别为励磁电感和励磁电流。
由图1可以列出原边的回路方程为
对于利用磁场耦合的变压器模型, 可以列出方程
其中, ψ为变压器耦合的磁链。比较式 (1) 和式 (2) 可以得到
由于副边空载, i1与im相等。
因此上述方程可以近似为
由式 (4) 可知, 要求得励磁电感Lm, 就必须知道磁链与原边电流的函数关系式, 或者是关于ψ-i1的磁滞回线。再根据磁滞回线上的点直接求出励磁电感。励磁电感的离散化公式为
这样就求出了变压器在每个时刻的励磁电感瞬时值。
2 磁滞回线原理
上面经过一系列推导给出了磁链电感的离散计算公式。现在关键是要根据原边的电压电流采样值得出关于ψ-i1的磁滞回线。
根据电磁感应定律可知
式中, C为常数, 即剩磁。电压和磁链是稳定的正弦波形。当剩磁为0时, 式 (6) 的相量方程为
式中, ω为电压角频率。由式 (7) 可知, 磁链的大小为电压的倍, 相位滞后电压90°。这样就可以根据原边采样的电压电流值得出ψ-i1的磁滞回线。
3 ATP仿真验证
根据上述原理用ATP软件建立模型, 在空载情况下得出原边电压电流数据。
其中的变压器由线性变压器加上96型非线性磁滞电感组合而成。仿真中单相变压器额定容量2k VA, 额定电压1 040 V/220 V, 短路电压百分比为14%, 空载电流为1.32%, 仿真中采样频率为1 k Hz。
单相变压器在原边电压500 V时的原边电流如图2所示。其对应的磁链与原边电流的磁滞回线如图3所示, 对应的励磁电感如图4所示。
单相变压器在原边额定电压1 040 V时的原边电流如图5所示。其对应的磁链与原边电流的磁滞回线如图6所示, 对应的励磁电感如图7所示。
对于三相变压器, 由于相与相之间存在磁耦合, 就必须利用解耦后的电压电流数据得出磁滞回线。图8是三相变压器解耦以后的三相电流波形。仿真搭建的模型是由三个单相变压器连接的, 模型就已解耦, 相与相之间没有耦合。
三相变压器原边三相电流波形如图8所示。
在原边电压1 040 V时, A, B, C三相的磁链与原边电流的磁滞回线如图9~图11所示。其对应的三相励磁电感如图12所示。
图3施加在变压器原边的电压为500 V, 主要是为了观察磁滞回线。图6施加在变压器原边的电压为1 040 V, 为变压器原边的额定电压, 便于有效模拟变压器空载运行情况。由图3、图6可知当电压增大时, 磁滞回线所围成的面积越来越小, 这与实际情况相符。由图9~图11, 对于三相变压器, 只有A相0°合闸时的磁滞回线才完整。其他两相只有磁滞回线的一半。因为三相变压器0°合闸时只有A相电流有正有负。B, C两相电压互差120°, 使得B, C相的电压只有正半部分或负半部分。因此求得的磁滞回线也只有一半。但求得的励磁电感是完整的。励磁电感呈周期性变化, 并且很剧烈, 这也符合空载时励磁电感变化情况。励磁电感最大值在20 H左右, 对应于磁滞回线的线性区。理论上磁滞回线线性区励磁电感最大, 并且基本不变。在饱和区, 励磁电感很小接近0。理论上在磁滞回线饱和区对应的励磁电感很小。上述励磁电感的变化与理论分析相符。
4 结论
针对带载运行时励磁电感计算已有文章提出了解决方法。都用到了原副边两侧数据。而空载时由于副边数据不可测, 导致前面的方法失效。本文利用空载情况下变压器原边的电压电流数据先求得各种电压运行下相应的ψ-i1磁滞回线, 然后根据磁滞回线上的点求出各个时刻的瞬时励磁电感。仿真和Matlab编程描绘出了相应的曲线, 与理论分析的曲线一致, 从而验证了该方法的正确性和可行性。为求变压器励磁电感提供了一种新的思路。
变压器利用率 篇2
随着电网的快速发展, 配电网设备的利用率也将得到越来越多的关注。近十年来, 我国用于配电系统建设改造的费用已达上万亿元, 而今后的投资还将继续增大。配电网设备在电网设备中数量占比较大, 有效提升配电网设备的利用率有利于大幅节约电网的投资, 特别是配电变压器, 在电力系统中, 其数量多、总容量大, 它是转换电压、分配电能的关键部件, 准确评价低压配电变压器的利用率并提出提高低压配电变压器利用率的建议措施, 对于电力企业实现资源的合理分配以及提升经济效益有着重要意义[1,2,3]。
针对设备利用率[4]的相关研究, 大多集中于其他行业[5,6,7], 目前针对低压配电变压器利用率的相关研究较少。文献[8]对配电网设备利用率进行了定义, 并基于对“N-x”准则、网络结构、负荷特性及其发展裕度等影响因素的研究, 提出了针对中压配电网设备利用率评价标准的计算方法;文献[9]提出基于负荷持续曲线的设备运行效率评价模型以及最大可输送负荷、基于安全运行限值的平均负载率、安全风险惩罚因子等全新指标;文献[10]提出了综合考虑供应侧、需求侧以及生命周期的全寿命周期利用率指标。文献[11]在研究广东各等级配电网设备的利用情况下, 总结了影响设备利用率的一些因素, 如符合增长未达预期等, 并在规划与运行方面提出了一些改善措施与建议。综上, 目前的方法均未对低压配电变压器利用率展开细致的研究, 以及存在以下问题: (1) 采用单一指标进行评价, 不能够全面反映低压配电变压器利用率的实际情况; (2) 缺少系统层面上的评价方法, 不能准确反映低压配电变压器整体利用率的优劣性。
为此, 本文确立年利用率作为主要评价指标, 并复合年最大负载率指标, 基于年最佳负载率与最优年利用率, 提出配电变压器年利用率“四二三”评价方法, 并基于配电变压器年利用率“四二三”评价方法提出配电变压器统筹调换策略, 以提升配电变压器年利用率。
1 主要指标
1.1 年利用率
年最大利用率即变压器以年为统计时间内的利用率, 其定义如下:
其中:η为配变年利用率;Ea为配变运行一年的实际电量, 如实际输送电量、实际变电量;C为配变的容量;Ta为配变一年内运行的实际时间。
式 (1) 含义为配变实际发出或传输电量与理论发出或传输电量的比值, 对其进一步推导, 挖掘其包含的影响因素指标。
式中:Lave为平均负荷;Lmax为最大负荷;η1为年平均负荷率;η2为年最大负载率。
可以看出, 年利用率可以表示成年平均负荷率、年最大负载率两者的乘积。在电力系统中, 年平均负荷率是一年时间内的平均负荷与最大负荷的比值, 它反映了需求侧负荷波动性, 一定程度上影响配变的年利用率;年最大负载率一般指一年时间内的最大负荷与配变容量的比值, 它反映了供应侧角度配变的利用率。
1.2 年最大负载率
负载率定义为变压器、线路等设备所带最大负荷与设备额定容量之比, 常用于反映设备在一个固定周期内的最大利用情况, 也可在一定程度上反映设备的安全运行情况[1]。配变年最大负载率定义公式为:
其中, η2是配变年最大负载率;Lmax是配变一年中出现的最大负荷;C为配变自身的容量。
配变正常年最大负载率是指配变年最大负载率介于20%至80%之间。轻载配变是指年最大负载率小于20%的配变。重载配变是指年最大负载率介于80%到100%的配变。过载配变是指年最大负载率大于100%的配变。
1.3 年平均负荷率
负荷率[12,13]基本描述了某一周期内 (如全年) 平均负荷与周期内最大负荷 (对应于某一时间断面) 之间的关系。年平均负荷率指在一年内的平均负荷与最大负荷之比的百分数, 年平均负荷率用来衡量在一年内负荷的变动情况, 以考察变压器的利用程度。指标的计算公式为:
其中, η1是年平均负荷率;Lave是配变一年内的平均负荷;Lmax是配变一年内的最大负荷。
2 指标评价区间划分
2.1 年最大负载率
考虑不同的计算目标, 电力变压器有不同的理想负载率。目前主要有功率损耗率最小的负载率、年电能损耗率最小的负载率、年运行费用率最小的负载率、投资回收期总费用率最小的负载率和年费用率最小的负载率。文献[10]中, 采用年电能损耗率最小时的负载率作为配变理想负载率, 算得配变的理想负载率范围为55%~70%。本文也应用此范围作为理想年最大负载率。
2.2 年平均负荷率
年平均负荷率的理想范围估算是基于负荷特性。将负荷特性总结为:办公、商业、居民、工业四大类。其中工业分为均衡无波动、单峰、双峰和三峰四类。对前文年平均负荷率公式进行简单变换。
其中, η1是年平均负荷率;Lave是配变一年内的平均负荷;Lmax是配变一年内的最大负荷;Li是配变第i个采集点的负荷值。
对广东各典型负荷类型用户进行用电数据采样, 一年时间共计8 760个数据点, 并用式 (5) 进行计算处理, 得出各典型负荷的年平均负荷率计算结果, 具体如表1。
从表1可以总结出, 配电网设备年平均负荷率范围主要分布在35%~50%之间。年平均负荷率主要反映了负荷的特性, 因此, 分析一般设备的年平均负荷率时定义优秀年平均负荷率区间为35%~50%。
2.3 年利用率
配变年最大负载率、年平均负荷率可以作为年最大利用率的两个子指标辅助分析, 基于前文对配变年最大负载率及年平均负荷指标的理想取值的分析, 得到这两个子指标的理想值区间及合理范围划分, 具体如表2。
由前文年利用率可以表示成年平均负荷率、年最大负载率两者的乘积。将年利用率双子指标即年最大负载率与年平均负荷率的优秀范围下限相乘得到年利用率优秀范围的下限, 将双子指标优秀范围的上限相乘得到年利用率优秀范围的上限, 从而得到优秀区间;将双子指标偏低限值相乘得到年利用率偏低限值, 从而得到偏低范围;偏低限值到优秀范围下限的区间则为可接受范围。其评价范围划分详情如表3。
3“四二三”评价法及调换策略
3.1“四二三”评价法
“四二三”评价法是将年利用率分为4大区域, 23评价等级区间, 对各等级区间进行相应评价, 以小及大, 形成配变年利用率综合评价。将年利用率优秀范围线及其偏低范围线与年最大负载率优秀范围线及其偏低、偏高范围线相互交互, 在同个区域内形成23个等级区, 并对于各等级区内的年利用率综合其子指标进行相应评价, 并将具备相似评价的等级区合并为一个大的评价区域。其各评价等级区划分详情如表4、图1所示。年利用率评价4大区域为:Ⅰ优秀区, 含A1、A2、A3、A4等级, 此区配变年利用率各指标表现优秀;Ⅱ潜能区, 含B1、B2、B3、C1、C2、D1、D2等级, 此区配变年利用率具有较大的提升潜力;Ⅲ弱率区, 含B4、C3、C4、D3等级, 此区配变年利用率部分指标偏低;Ⅳ调整区, 含E1、E2、E3、E4、E5、E6、E7、E8等级, 此区处于配变重过载运行。各等级说明如下。
注:X表示理论上不存在该区域。
等级A:A1为最理想等级, 此级负载率处于负载率优秀区间, 且具备高于优秀区间的负荷率由此形成的高年利用率与配电网可靠性并不冲突, 处于这一等级的配变占比越多, 一定程度上反映了配电网较高的负荷协调性及经济效益;A2为优秀等级, 此级三率即负载率、负荷率、年利用率均处于优秀区间, 该等级配变占比一般高于A1等级, 在配电网利用率整体评价中占主要地位;A3、A4为次优等级, 这两个等级年利用率虽然处于优秀评价区间, 但由于其负载率较高, 在配电变压器负荷自然增长时, 易使其进入重载或过载的运行状态, 不利于配变整体的运行。
等级B:B1、B2、B3为高提升潜质等级, 这3个等级负载率相对较低但其负荷率均高于35%, 负荷协调性好, 在尽量保持其负荷率的前提下, 提升其负载率, 易使其年利用率进入A2等级甚至A1等级;B4等级, 年利用率偏低, 负载率处于较低水平, 负荷率偏低, 提升其年利用率需要负荷率和负载率双方面提升。
等级C:C1、C2为一般提升潜质等级, 提升其负荷率可以较为明显地提高其年利用率, 进入A2、A4等级;C3、C4等级, 年利用率偏低, 负载率较高, 负荷率偏低, 提升其负荷率可以较为明显地提升年利用率。
等级D:D1、D2等级负荷率均高于35%, 但其负载率处于偏低水平, 提升其负载率可以较为明显地提升年利用率;D3等级三率均处于偏低水平, 属于差级。应采取相应措施尽量减少处于这一等级的配变占比;处于等级D的配变一般涉及配电变压器初始安装容量是否合理问题。
等级E:E1、E2、E3、E4为过载级, 其中E1级年利用率最高, 但此级负荷率高且过载, 运行风险极高, 事故损失最为严重, 属最急需改进处理等级, E2、E3、E4级负荷率偏低, 其过载情况有可能为瞬时过载, 需对其负荷进行排查调控以提高配变运行整体效率;E5、E6、E7、E8为重载级, E5、E6级年利用率虽然处于优秀区间, 但配变重载运行可能会增加其寿命损耗及运行风险, 不利于配变综合利用效益;E7、E8级负荷率偏低, 其重载情况有可能为瞬时过载, 需对其负荷进行排查调控以提高配电变压器运行整体效率。
3.2 统筹调换策略
基于前文配变年利用率“四二三”评价方法, 以减少重过载配变及提升配电变压器整体年利用率为优化目标, 提出配变统筹调换策略。配变统筹调换策略, 以重过载变压器为切入点, 通过相关条件查询匹配年利用率较低的配变, 进行配变调换, 从而实现整体配电变压器年利用率的提高。该策略充分挖掘配变重过载部分所拉升的安全负收益年利用率, 使其转化成各指标均符合期望值的正收益配变年利用率, 可有效减少重过载配变运行风险, 并统筹处于轻载及B1、B2、B3等级的变压器, 使配变尽可能多地落点于优秀区, 整体趋往年利用率优势区, 提升经济效益。
3.2.1 调换要求
(1) 调换配变类型一致, 即其配变类型 (配电室、柱上、箱式) 、配变绝缘冷却方式 (干式、油浸) 一致; (2) 以减少重过载配变为主, 且不增加轻载配变; (3) 用于调换的配变运行年限不超过15年。
3.2.2 调换相关标准
根据配变调换前后负载率变化情况, 制定高、中、低三种调换标准, 其负载率调换前后详情如表5。
4 实例分析
4.1 设备利用率评价
本文选取某市两个镇区开展配电变压器年利用率“四二三”评价方法的运用分析。分别获取两个镇区配变的数量, 各配变年最大负载率、年平均负荷率, 通过计算算得其年利用率, 并生成年利用率“四二三”评价如图2。
由图2可知, A镇配变明显集中分布于年利用率“四二三”评价图的左下部分, 即D2、D3、B3、B4等级区, 整体年利用率偏低, 而B镇配变则主要分布于评价图的右上部分, 大部分配变分布在年利用率19.3%上部, 总体年利用率水平较高。对于A镇, 其轻载情况严重, 有相当大的一部分配变分布于年利用率7%~19.3%和负载率20%~55%即B3等级区, 具备优秀的年利用率提升潜质。而B镇, 配变重过载情况严重, 这些配变的高负载率拉升了年利用率, 重过载部分拉升的年利用率是安全负收益的年利用率, 且高负载率带来的配变寿命损耗也相对较高。该“四二三”评价图不仅可以充分展示各镇区自身年利用率及各子指标的整体情况, 还可以进行各镇区利用率情况的对比。
4.2 统筹调换分析
本文选取某市部分配电变压器进行配变统筹调换策略的应用。其调整前后配变信息如表6, 调整前后配变年利用率“四二三”评价图如图3。
调整前, 该部分配变一半落点于年利用率调整区, 这部分配变虽然年利用率处于优秀线以上部分, 但其高年利用率是由其过高的年最大负载率拉高, 从安全运行及设备寿命损耗角度看, 年最大负载率大于80%那部分所拉升的年利用率收益是灰色负收益。运用配电变压器资源统筹优化策略, 对配变做相应调整。
运用策略调整后, 配变年利用率主要落点于A2区, 总体年利用率趋向优势区, 虽然部分配变年利用率有所下降, 但其年最大负载率理论上处于年最大负载率优秀区, 脱离重过载区域, 消除其年最大负载率大于80%所带来的安全负指数性收益, 并拉升了处于年利用率潜能区的配变年利用率, 使得整体年利用率更加优秀。
5 结语
变压器利用率 篇3
为解决这一问题, 滦县电力局根据具体实际, 确定在部分混用配电台区安装配变监测终端。通过对比分析决定选择应用石家庄科林公司生产的KLD6510配变监测终端, 利用配变监测仪监控混用配变。该监测终端于2010年5月在滦县某供电所10台低压线损较高的农村混用配变挂网试运行, 指导降损节能工作。
一、监测设备简介
(一) 配变监测终端
KLD6510配变监测终端主要有四部分组成:电源单元、处理单元、接口单元、无线通讯单元。
电源单元负责给各个模块供电。
处理单元对各种数据进行统计分析后保存在处理单元的FLASH内等待主站召测, 同时处理单元也执行主台下发的命令, 处理单元还配备有标准的RS232和红外接口, 供现场通讯和维护。
接口单元配置了6路控制输出接口、5路遥信状态输入接口、4路脉冲输入接口、2路标准的RS485接口、2路标准的RS232接口。
无线通讯单元通过无线信道同主台通讯, 把终端的信息传递给主台, 并执行来自主台的命令。GSM/GPRS/CDMA等无线网络通信方式, 具有速度快, 工作电流小, 抗干扰性强等优点, 从而使得数据传输具有高可靠性。支持天线一体化, 内置、外置方式可变。
终端应安装在室内通风干燥的地方或安装在JP柜中, 确保安装使用安全、可靠。
(二) 负控管理系统
配变监测终端配置了管理系统, 通过无线网络 (GPRS) 通信方式与服务器终端计算机进行数据交换, 服务器终端计算机通过局域网与客户端计算机进行数据交换。负控终端管理系统体系结构见图1。
户端计算机能够使用管理系统的各种功能, 如:对配变运行数据进行实时监控, 实现遥测功能;追溯运行历史数据;报表浏览等。服务器终端计算机除了具有客户端计算机的各种功能外, 还提供数据库和通信支持。
负控管理系统的特点:操作界面直观明了, 操作灵活方便, 用户可以很容易、很直观的找到自己需要的功能菜单, 方便的完成操作。
管理系统分为负控终端管理系统和报表管理系统2个子系统, 可以根据需要分别给不同用户授权, 完成各自工作。
二、管理系统的管理与应用
滦县电力局分为系统管理员、生产运行管理员、供电所运行人员三级, 系统管理员拥有全部权限, 生产运行管理员拥有报表管理、数据维护、WEB浏览、终端数据召测等管理类权限, 供电所运行人员拥有档案管理、报表管理、WEB浏览、终端维护、终端数据召测等运行类权限。不同用户的使用权限可根据需要增减。
负控终端管理系统:系统具有数据召测、档案管理、超限报警等功能, 使用者可根据需要对配变运行情况的分相电压、分相电流、瞬时有功、瞬时无功等实时参数和截止当前时间点本日电压、电流、功率极值, 电流不平衡度最大值、平均值等统计数据进行实时召测, 以便及时掌握配变运行情况, 并根据运行情况采取相应措施。配变数据实时召测界面见图2。
系统也可根据设定, 对超出允许范围的异常数据进行报警, 使用户能够及时了解配变运行情况。
报表管理系统:系统具有分钟数据浏览 (每小时上传数据) 、数据曲线、档案浏览等功能, 并能够输出图表供领导决策参考。分钟数据浏览界面见图3。
三、应用效果
利用配变监测系统监测农村混用变压器的运行, 其在混用配变台区管理中发挥了较大作用, 起到了加强管理、降损节能的效果。主要表现以下几个方面.
(一) 数据采集准确, 提高工作效率
系统能够全面地、准确地、实时地采集配变各种运行数据, 如三相电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数等, 具有较高的精确度。解决了人工现场采集数据工作量大、实时性差、数据存在人为误差等问题, 有效地提高了工作效率;同时避免了现场测量工作带来的安全隐患。
系统可以根据数据采集情况, 对配变的负荷不平衡情况进行处理, 有效的降低变压器附加损耗 (配变台区低压线损率由原来接近10%降低到7%左右) 和电压偏差, 提高了供电质量, 解决因负荷不平衡, 可能导致变压器烧毁, 供电中断的隐患。
(二) 系统功能强大, 为科学管理提供依据
系统的管理平台具备强大的统计分析功能, 能够统计任意时段、任意点或线的电压合格率、线损率、三相不平衡率及负荷率等运行数据, 自动生成各种报表、曲线图等, 能直观、快速地了解配变的运行状况, 还可以根据需要, 设计各种分析报表, 使用十分方便。
(三) 通讯方式投资少, 运行安全可靠
系统采用了中国移动专业网络, 数据通过目前最安全稳定的GPRS无线通讯方式, 实现了实时在线, 数据传输迅速稳定, 运行安全可靠, 不受外界干扰。滦县电力局充分利用中国移动公司已建成的无线网络, 合理利用其资源, 大大节省了组建信道的费用及维护费用。系统投入运行以来, 经受了严寒酷暑的考验, 基本没有出现过数据中断、丢失或差错等现象 (中国移动网络故障除外) , 稳定性良好。
四、结论
变压器利用率 篇4
1 电容补偿的原理
直流电路的功率等于电流与电压的乘积, 但交流电路则不然。交流电路中因感性负载和容性负载的存在, 使电路中存在无功功率, 即计算交流电路的平均功率时需要考虑电压与电流间的相位差φ:
式中, cosφ是电路的功率因数。
当电压与电流之间有相位差时, 即功率因数不等于1时, 电路中发生能量的互换, 出现无功功率。对于因感性负载而产生的无功功率, 可以用并联电容器进行补偿。其电路图和向量图如图1所示。
并联电容器以后, 电感性负载的电流未变化, 这是因为所加电压和负载参数没有改变。但电压u和线路电流i之间的相位差φ变小了, 即cosφ变大了, 对于电源来说, 电流的有效值变小了。
对于变压器的温升试验, 线路中的功率因数极低, 在0.1以下, 因此通过上述方法用电容补偿可以大大降低对电源容量的需求。
2 电容补偿的实践计算
在HXD1型机车牵引变压器的温升试验中, 主变压器送电电压10.1 kV;试验电流:240 A, 如果不进行无功补偿, 利用已有的设备, 则需要发电机输出的试验电流将超过发电机的额定电流。通过在中间变压器的高压端并联补偿电容器后, 将发电机侧的试验电流降低到了额定电流以下。试验主电路图见图2。
2.1 被试品试验时送电参数 (感性) :
试验电压:10.1 kV (单相) ;试验电流:240 A;损耗 (有功功率) :140 kW。
2.2 现有设备
5 000 kVA发电机组, 额定电压:6.3 kV, 额定电流:458 A;
5 000 kVA中间变压器 (单相) , 额定电压:6.3/15 k V, 额定电流:793/333 A;
900 k VA发电机组, 额定电压:3.15 k V, 额定电流:165 A;
1 000 kVA中间变压器 (单相) , 额定电压:3.15/1.2 k V, 额定电流:318/832 A。
电容器见表1:
2.3 试验主电路及设备选择
按试验时所需的电压和容量, 选用5 000 k VA发电机 (额定电压:6.3 kV;额定电流:458 A) 及5 000 k VA中间变压器 (额定电压:6.3/15 kV, 额定电流:793/333 A, 短路阻抗为10%) 。
不进行电容补偿时发电机需要提供的电流:
中间变压器的压降:
式中, ex和er分别是短路阻抗的无功分量和有功分量, 设er是ex的0.05倍, 带入上式有中间变压器的压降:
中间变压器电压降是0.649%额定电压。即在计算中间变压器电压时, 可以考虑中间变压器的电压降低约1%。
试验时发电机需输出电压:
通过以上计算, 发电机、中间变压器的电压可以满足要求。但是发电机的额定电流不能满足试验需要。根据被试品的送电电压, 选择额定电压为11 kV的补偿电容器, 接在中间变压器的高压端。
假设试验时, 发电机在额定电流下工作, 则需要补偿电容的数量计算如下:
发电机提供额定电流时的发电机侧功率因数:
(此处忽略线路损耗和中间变压器损耗) , sinφ′=1
按照图一向量图可得折算到发电机侧的电容电流:
补偿电容实际提供的电流为:
所需的电容量为
需要的电容器的最少数量为即最少需要6个11 kV, 2.66μF的补偿电容器。
3 利用串联电抗器提高补偿电容的端电压以增大电容的补偿能力
与电阻器件一样, 电容器内通过的交流电流的大小与其端部电压的大小成正比。当端部电压未达到电容器的额定电压时, 电容器提供的补偿电流就会减小。在HXD1机车滤波电抗器的温升试验时被试品阻抗很小, 通过1 200 A的电流, 两端电压只有210 V。而可以供使用的补偿电容器额定电压为1.5 kV。为了提高电容器提供的补偿电流, 采用在被试品端部串联电抗器的办法, 增大补偿电容器两端的电压, 使的试验时电源的容量降低到额定范围以下。主电路如图3所示。
5 结语
变压器温升试验功率因数极低, 通过以上理论结合实践的分析, 在补偿电容容量计算时可以直接按电源所需补偿的电流值来计算需要的补偿电容数量。对于电源能够提供的有功功率, 只要能大于负载和线路的损耗即可。
补偿电容作用的发挥与其端电压成正比, 当其端电压低于其额定电压时, 则不能提供额定的补偿电流。适当的提高补偿电容的端电压 (在额定电压范围下) , 可以更有效的发挥其补偿作用。
参考文献
[1]变压器试验技术.保定天威宝变电气股份有限公司