變壓器電阻測(cè)試儀經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析
變壓器作為輸配電系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用的電壓交換設(shè)備，節(jié)能潛力巨大，本文通過(guò)分析變壓器的有功功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）和無(wú)功功率損耗類(lèi)型及產(chǎn)生原因，結(jié)合實(shí)際負(fù)荷情況及現(xiàn)場(chǎng)情況，選擇合理的變壓器型號(hào)、容量及運(yùn)行方式，針對(duì)其空載損耗和負(fù)載損耗分別提出了降損節(jié)能的具體措施，提出了綜合節(jié)能降耗方法，減少變壓器的有功及無(wú)功功率損耗，實(shí)現(xiàn)變壓器的節(jié)能降耗及穩(wěn)定運(yùn)行提出了建議。
變壓器是輸電和配電的主要電設(shè)備之一，作為電壓變換的主要設(shè)備發(fā)揮的關(guān)鍵性的作用，特別是在電力被廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，變壓器的用途極為廣泛，其作用也是顯而易見(jiàn)的。在節(jié)能減排，倡導(dǎo)厲行節(jié)約的新形勢(shì)下，研究和探討變壓器在變換電壓及傳遞功率的過(guò)程中經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，有著特別的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。這是因?yàn)樽儔浩餍孰m然很高，但因?yàn)樵诠まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活中應(yīng)用的數(shù)量多，變壓器的容量大，且都是長(zhǎng)年累月的從不間斷的運(yùn)行，其自身產(chǎn)生的有功功率損耗和無(wú)功功率損耗，其總損耗量合計(jì)在一起是一個(gè)不容忽視的數(shù)字。我們知道，變壓器的有功功率和無(wú)功功率損耗與變壓器的技術(shù)特性有著密切的關(guān)系，變壓器的技術(shù)特性的一些指標(biāo)直接關(guān)系到變壓器的有功功率和無(wú)功功率損耗總量，同時(shí)又隨著負(fù)載的變化而產(chǎn)生非線性的變化，變壓器的這種損耗占電網(wǎng)中的線損總量的部分比例，尤其在變壓器輕負(fù)荷運(yùn)行時(shí)這種損耗更大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，變壓器的損耗在中低壓電網(wǎng)線損中約占20%～30%；據(jù)初步估算，我國(guó)變壓器每年的總損耗約占電力系統(tǒng)總發(fā)電量的10%左右，如果采取有效措施，調(diào)整和優(yōu)化配置變壓器，把這種變壓器的損耗每降低1%，僅變壓器節(jié)能節(jié)電就可節(jié)約上百億度，因此，研究和探討變壓器的運(yùn)行狀況，對(duì)于電力能源的節(jié)約有著特別重大的意義。在此，筆者運(yùn)用變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理，分析推論變壓器的相關(guān)(related)技術(shù)參數(shù)，通過(guò)調(diào)整變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，合理地選擇運(yùn)行方式，依據(jù)相關(guān)理論和參數(shù)進(jìn)行科學(xué)核算，優(yōu)化配置，力爭(zhēng)減少不必要的損耗和浪費(fèi)，努力提高變壓器的配置方案與運(yùn)行方式。
1變壓器的有功功率和無(wú)功功率損耗
根據(jù)變壓器的工作原理，我們知道，變壓器在運(yùn)行工作時(shí)，本身會(huì)產(chǎn)生有功功率損耗和無(wú)功功率損耗。變壓器是有導(dǎo)線和鐵芯組成的，在運(yùn)行時(shí)導(dǎo)線產(chǎn)生熱、鐵芯導(dǎo)磁時(shí)產(chǎn)生渦流(又稱(chēng)：傅科電流)放出熱量(Heat)，以熱能形式放出的都稱(chēng)為有功損耗，磁滯的意思就是有剩磁沒(méi)有全部轉(zhuǎn)化成副線圈的電而產(chǎn)生的熱量損耗。變壓器工作時(shí)，由于鐵芯的渦流、導(dǎo)線的電阻產(chǎn)生的發(fā)熱性損耗就是有功損耗。由于電壓與電流(Electronflow)不同相位產(chǎn)生的功率損耗稱(chēng)為無(wú)功損耗。有功損耗會(huì)導(dǎo)致電能流失，無(wú)功損耗會(huì)導(dǎo)致變壓器效率降低。變壓器的有功損耗分為：有功不變損耗（鐵損）和有功可變損耗（銅損）。變壓器的無(wú)功損耗也是分為：無(wú)功不變損耗和無(wú)功可變損耗二部分。有功損耗大約等于額定銅損與視在電流（負(fù)荷電流）和額定電流的平方比的乘積。即：有功可變損耗=額定銅損×（負(fù)荷電流/額定電流）的平方。無(wú)功可變損耗大約等于額定短路電壓百分?jǐn)?shù)與額定容量和（負(fù)荷電流）與額定電流的平方比的乘積。即：無(wú)功可變損耗=額定短路電壓百分?jǐn)?shù)×額定容量×（負(fù)荷電流/額定電流）的平方。
變壓器在運(yùn)行中的功率（指物體在單位時(shí)間內(nèi)所做的功的多少）總損耗等于變壓器有功功率損耗加上因其消耗的無(wú)功功率使電網(wǎng)增加的有功功率損耗的總和。所以，我們?cè)谂渲秒娏ο到y(tǒng)變壓器時(shí)，要綜合考慮變壓器的最佳節(jié)電方案，既要考慮降低有功損耗，又要考慮降低無(wú)功損耗，實(shí)現(xiàn)電力配置的綜合最佳效益。
一般的說(shuō)，變壓器綜合功率損耗PZ計(jì)算式為：
空載損耗P0z是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常量有關(guān)，它不隨變壓器負(fù)載的變化而變化。而負(fù)載損耗PKZ則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，與負(fù)載率平方成正比或者說(shuō)與負(fù)載電流的四次方成正比，負(fù)載電流越大，有功損耗也越大，空載時(shí)的有功損耗最?。回?fù)載電流越大，有功損耗與無(wú)功損耗也越大。所以說(shuō)，變壓器的功率損耗主要與負(fù)荷變化影響的銅耗有直接的關(guān)系。
2采取有效措施降低變壓器損耗
2.1減少變壓器空載損耗
2.1.1選擇節(jié)能型配電變壓器
在大力提倡節(jié)能減排，創(chuàng)建節(jié)約型社會(huì)的新形勢(shì)下，選擇節(jié)能型配電變壓器是減少變壓器空載損耗的有效措施之一。變壓器電阻測(cè)試儀在交接、大修和改變分接開(kāi)關(guān)后，必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。在通常情況下，用傳統(tǒng)的方法（電橋法和壓降法）測(cè)量變壓器繞組以及大功率電感設(shè)備的直流電阻是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)工的工作。為了改變這種狀況，縮短測(cè)量時(shí)間以及減輕測(cè)試人員的工作負(fù)擔(dān)。應(yīng)選擇節(jié)能型S11系列和非晶體合金配電變壓器，徹底淘汰64、73及S7系列等功耗高的變壓器。隨著新材料和新產(chǎn)品的不斷研發(fā)，節(jié)能型變壓器鐵芯的硅鋼片、鐵芯的制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)了突破性的改進(jìn)，有效降低了變壓器空載功率的損耗。如變壓器的鐵芯材料現(xiàn)在普遍使用的非晶態(tài)磁性材料2605S2等節(jié)能材料，使得非晶合金鐵芯變壓器的鐵損僅為普通硅鋼變壓器的20%，大大降低了變壓器的空載損耗。
2.1.2合理選擇變壓器容量
合理配置選擇變壓器的容量，不僅有效降低“大馬拉小車(chē)”的狀況帶來(lái)的空載高損耗，也避免“小馬拉大車(chē)”致使變壓器超載、重載從而影響變壓器負(fù)載損耗增加的現(xiàn)象，同時(shí)“小馬拉大車(chē)”也為配電線路的安全性帶來(lái)隱患。因此，要根據(jù)用電系統(tǒng)最大負(fù)荷量來(lái)選配合適容量的變壓器，使得變壓器容量配置既合理高效正常運(yùn)轉(zhuǎn)而又減低功率損耗。也可以根據(jù)用電系統(tǒng)線路負(fù)荷的實(shí)際運(yùn)行情況，合理選擇兩臺(tái)小容量變壓器，如在用電高峰時(shí)全部投運(yùn)，而在負(fù)荷較低時(shí)配置“開(kāi)一備一”模式。
2.2減少變壓器負(fù)載損耗
2.2.1提高變壓器負(fù)載率
衡量變壓器是否節(jié)能，一般來(lái)說(shuō)，要看變壓器利用率，變壓器利用率50%-70%的，我們稱(chēng)之為最佳負(fù)荷率，用βm表示。我們?nèi)绻凑者@個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)計(jì)算變壓器容量，勢(shì)必會(huì)客觀的虛算了變壓器的容量，還會(huì)造成購(gòu)置變壓器的資金浪費(fèi)。這就要求我們另外引入變壓器的年有功電能損耗率最小時(shí)的節(jié)能負(fù)荷率βj來(lái)計(jì)算變壓器容量，并利用βj=（PoZTb/PKZτ）1/2=（Tb/τ）1/2*βm來(lái)分析計(jì)算變壓器的容量選擇。Tb表示變壓器年投運(yùn)時(shí)間，一般選擇7500h；
τ表示年最大負(fù)荷損耗時(shí)間，可由年最大負(fù)荷利用時(shí)數(shù)Tm查T(mén)m-τ關(guān)系曲線來(lái)確定。變壓器繞組測(cè)試儀并配備面板式打印機(jī)和大容量非易失性存儲(chǔ)器，可以方便的存儲(chǔ)和打印測(cè)量結(jié)果。測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定，快速，重復(fù)性好，是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變壓器直流電阻的最佳選擇。一般要根據(jù)負(fù)荷的性質(zhì)2300h-4500h之間來(lái)定。因此，通過(guò)計(jì)算得出βj=（1.3-1.8）βm。
但是，對(duì)于高層建筑中二班制運(yùn)行特點(diǎn)的配電變壓器，按βj的正常計(jì)算出的容量還是偏大，同樣還是加重了用戶(hù)的購(gòu)置設(shè)備(shèbèi)投資。在這種情形下，為了既給用戶(hù)節(jié)省購(gòu)置設(shè)備投資，又能把電功損耗降低到最低。我們可以選擇經(jīng)濟(jì)負(fù)荷率βjj=（1～1.3）βj。
鑒于以上的分析和測(cè)算，我們?cè)谶x擇變壓（氣壓變量)器容量時(shí)，不妨按變壓器的負(fù)載（load）率為75%～85%來(lái)測(cè)算。這樣，既為用電客戶(hù)節(jié)省設(shè)備購(gòu)置費(fèi)等開(kāi)支，又適當(dāng)?shù)氖棺儔浩髁粲幸欢ǖ呢?fù)荷預(yù)留容量。
2.2.2優(yōu)化配置變壓器的運(yùn)行模式
2臺(tái)符合并聯(lián)運(yùn)行條件的變壓器1#和2#，當(dāng)1臺(tái)和2臺(tái)變壓器運(yùn)行的有效功率損耗相等時(shí)，其總負(fù)荷稱(chēng)經(jīng)濟(jì)并聯(lián)負(fù)荷Sj，相應(yīng)的負(fù)荷系數(shù)稱(chēng)臨界負(fù)荷系數(shù)βj，Sj和βj的確定如下：
實(shí)際負(fù)荷S>Sj時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行；S
2.2.3提高配電網(wǎng)的功率因數(shù)
提高變壓器功率因數(shù)而降低有功功率損耗（%）一般按下公式計(jì)算：
當(dāng)功率因數(shù)降分別從0.60～0.90提高到0.95時(shí)，降低有功功率損耗見(jiàn)下表。
因此，應(yīng)在配電網(wǎng)中裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，監(jiān)視系統(tǒng)的無(wú)功潮流，減少無(wú)功電能輸送，盡量使無(wú)功就地平衡，確保設(shè)備可投運(yùn)率達(dá)95%及以上，減少供電線路中的有功功率和電能損耗，并降低)線路中的電壓損失與電壓波動(dòng)，以達(dá)到節(jié)約電能和提高供電質(zhì)量的目的。
2.2.4優(yōu)化配電網(wǎng)布局
優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是優(yōu)化配電網(wǎng)布局設(shè)計(jì)的主要措施。優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)首先要從降損節(jié)能的目標(biāo)來(lái)實(shí)施，要合理控制供電半徑和最長(zhǎng)電氣距離，供電半徑的選擇，主要是按電壓降的指標(biāo)來(lái)定。在配電網(wǎng)布局規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要克服短期行為的認(rèn)識(shí)，從長(zhǎng)計(jì)議，預(yù)先考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷增長(zhǎng)的需要，如新增用電負(fù)荷的可能。一般情況下，使變壓器靠近負(fù)荷中心，線路由電源向周?chē)椛洌s短供電半徑：10kV線路供電半徑≤15km；低壓線路供電半徑≤0.5km。同時(shí)盡量保證三相變壓器負(fù)荷平衡，減少負(fù)序電壓損耗。同時(shí)，要充分考慮配電主干線路的電能損耗問(wèn)題，把降低配電主干線路的電能損耗降低到最低值，在現(xiàn)有的條件和可能的情況下，增大導(dǎo)線截面，提前分流，轉(zhuǎn)移負(fù)荷等方法，以減少配電主干線路的電壓降，從而提高配電網(wǎng)末端的電壓質(zhì)量。
采取新型節(jié)能型變壓器也是優(yōu)化配電網(wǎng)布局的主要措施之一。為提高供電可靠性，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，建議選擇節(jié)能型變壓器。節(jié)能型變壓器種類(lèi)很多，如有疊鐵心、卷鐵心和非晶合金鐵心等幾種類(lèi)型。卷鐵心配電變壓器其優(yōu)點(diǎn)降低變壓器空載損耗約10%-25%，依變壓器容量而變，有效降低空載電流，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。近年來(lái)在我國(guó)逐漸推廣，特別是在國(guó)家電網(wǎng)二期農(nóng)網(wǎng)改造中使用極為普遍。單相配電變壓器（D10型）變壓器便于安裝并靠近負(fù)荷中心，與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負(fù)載（load）損耗都小，應(yīng)用極為廣泛。非晶合金配電變壓器和干式配電變壓器等各有各的優(yōu)點(diǎn)和不足。變壓器的選用要考慮的因素很多，要根據(jù)用電負(fù)荷、用電場(chǎng)地等客觀條件科學(xué)選配安裝。要堅(jiān)持因地制宜，好中選優(yōu)，量力而行的原則。尤其是要抓住農(nóng)網(wǎng)建設(shè)與改造的契機(jī)，堅(jiān)持科學(xué)規(guī)劃、合理淘汰高耗能變壓器，不斷提高用電質(zhì)量。
3結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，開(kāi)展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行范圍廣，節(jié)電方式很多，對(duì)于變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，要因地制宜，結(jié)合實(shí)際負(fù)荷情況及現(xiàn)場(chǎng)情況，充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，要對(duì)現(xiàn)有的變壓器技術(shù)參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算分析，選取最佳技術(shù)參數(shù)的變壓器，選擇合理的變壓器型號(hào)、容量及運(yùn)行方式，運(yùn)用綜合節(jié)能降耗方法，減少變壓器的有功及無(wú)功功率損耗，實(shí)現(xiàn)變壓器的節(jié)能降耗及穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。變壓器測(cè)試儀是一種非常適合現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確測(cè)量變壓器容量和型式的多功能儀表，可在現(xiàn)場(chǎng)使用儀器內(nèi)置電源準(zhǔn)確測(cè)量油侵式、干式、特種變壓器等各種類(lèi)型變壓器的容量、型式和負(fù)載損耗，使用時(shí)可任意輸入變壓器一、二次電壓值，30KVA以上的變壓器均能實(shí)現(xiàn)空載損耗、負(fù)載損耗等各種特性參數(shù)。儀器體積小、重量輕至2.5kg,接線簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)量準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好。