化工厂配电变压器经济运行与应用分析

化工厂配电变压器经济运行与应用分析

郑伟

身份证号码： 41138119801217**** 山西太原 030000

摘要：配电变压器是电力系统中的重要组成，有数据显示，配电系统中的电力损耗，30%发生在配电变压器中，因此配电变压器已经成为优化配电系统运行经济性的主要对象。本文选取化工企业为案例，对化工厂配电变压器经济运行与应用进行分析。旨在借助一定的技术手段，降低配电变压器运行过程中的无谓损耗，控制化工厂资源利用成本。

关键词：化工厂；配电变压器；经济运行

引言：化工厂配电变压器在运行过程中出现损耗分为有功功率和无功功率两种，化工生产过程中，电力供应不间断，配电变压器的使用数量和使用时长较高。经过长期的积累，产生的电力损耗不容忽视。为确保化工生产有稳定的电力供应，同时提高电能使用效率，需要对化工厂配电变压器额的经济运行进行分析，以找出调节配电变压器运行状态的最佳方案。

1配电变压器的功率损耗

配电变压器的功率损耗分为无功损耗和有功损耗。其中，有功损耗被分成空载损耗和负载损耗两种，无功损耗包括变压器被磁化引发的空载无功损耗和配变绕组电抗中产生的负载无功损耗^[1]。这些损耗的产生与配电变压器的结构、材质和工作原理有关，不可被完全消除，但利用一定的措施可降低损耗量。

2化工厂配电变压器的经济运行

2.1配电变压器年综合运行费用

化工厂配电变压器年综合运行费用主要由固定费用和变化费用两部分构成，在分析其经济运行时，首先要从年综合运行费用的计量开始。

2.1.1年固定运行费用计量

年固定运行费用在短期之内几乎保持不变，不随配电变压器工作强度变化而改变。固定费用的构成包括设备折旧费、空载损耗、额定容量的电费。配电变压器的年固定运行费用计算公式如下： 。其中，M_g代表年固定运行费用；A为变压器设备的单价；r为设备折旧率；t为全年配变设备的运行时数；D_j为基本电价；D_d为电量电价。结合化工厂实际用电及运营情况，对上述具体参数进行赋值，计算配电变压器年固定运行费用。计算发现，占年固定费用比例最高的为基本电费，比例超过95%。基本电价的高低只受配电变压器的额定容量影响，在基本电价不变的条件下，配电变压器的容量越大，所需要的年固定运行费用也越高，即二者之间为正比例关系。

2.1.2年变化运行费用计量

年变化运行费用顾名思义，就是会随着配电变压器的运行情况而发生变化的那部分费用消耗，通常与配变的有功损耗相关。年变化运行费用计算公式为： 。其中，M_b为年变化运行费用；S为配变的运行荷载。配电变压器的年变化运行费用与其负载率成正比，与其容量成反比。

2.2配电变压器的容量与经济性

将上文中两项公式相加，即可得到化工厂配电变压器年综合运行费用的计算方法，通过关系分析能够看出，配电变压器运行费用与其容量直接相关。为了确保化工企业各项生产性设备正常、稳定运行，保证用电负荷的稳定性是前提。因此，假设配电变压器的负荷（S）保持不变。原配电变压器年综合运行费用计算公式可表示为如下形式：M=f（S_c）。即总费用M为配电变压器容量S_c的函数。利用导数求当M达到最小时，S_c的取值。令 ，得出 。得到结论：当配电变压器的容量小于S_m时，其年综合运行费用主要受年变化运行费用影响；当容量等于S_m时，配变的年综合成本达到最小值，经济性最高；当容量大于S_m时,配变的年综合运行费用主要为年固定运行费用^[2]。根据公式： ，可以发现，配变的经济负载率会受到变压器参数、运行荷载、电价等因素的影响。

综上所述，想要通过调整化工厂配电变压器额定容量与荷载容量间关系实现最高的运行经济性，需要配变在过载的状态下连续运行。该状态会对配变自身性能造成一定的影响。因此要求设备本身具备更强的荷载承受性能，并对设备结构进行优化。

3化工厂配电变压器的应用分析

为了让化工厂配电变压器在确保配电系统正常运行的条件下，实现较高的经济性，需要通过一定的技术手段对其运行的内部条件和外部环境进行一定的调整优化。结合化工厂配电变压器经济运行分析，提出以下优化措施：

3.1提供良好运行环境

影响化工厂配电变压器设备使用寿命及工作能效最为明显的环境因素是温度，若配电变压器长期处在高于正常温度的运行环境中，会缩短其使用寿命。同时，温度过高会导致配电变压器内部电阻阻值升高，相对应的在运行过程中的电能消耗也会增加。因此在改善配电变压器的运行环境时，应尽可能降低其运行温度。例如，根据化工厂内部生产系统的分布和工厂结构，合理制定电力系统的排布方式，尽可能避开高温区域，以免配电变压器安装在放热较高的生产设备附近。通过环境温度的控制，延长配电变压器的服务寿命，并减少因温度升高导致的损耗。

3.2适当提高功率因数

被应用在低压配电网络中的配电变压器通常有较低的功率，带来的直接影响就是配电变压器在运行过程中会消耗较多的电能，造成其经济性无法很好实现。配电变压器的功率因数越高、其有功功率的数值越小

^[3]。因此，可利用提高配变容量的方式，适当提高功率因数，进而降低有功功率、减少运行耗能。

3.3严格进行设备选型

化工厂对配电变压器的综合要求较高，在进行设备选型时，既要考察其质量和性能，也要从经济性的角度进行分析，减少后期配电变压器的运行成本。例如非晶合金类的配电变压器，该类设备具备较高的节能性，通过对比研究，此类配电变压器在空载状态下的功率损耗要比一般配变低30%，节能效果非常明显。另外，设备选型时最重要的一点就是合理选择配电变压器的额定容量。化工厂的用电规律比较稳定，一天中电力系统的运行荷载相对平均。在选择配电变压器的额定容量时，可根据化工厂的用电特点进行，避免出现“大马拉小车”或容量不足等问题。如选择多种规格的配电变压器结合应用，节约配电成本。

3.4应用无功补偿手段

配电变压器运行会产生无功负荷，在空载的状态下，配变的励磁无功，一般会占用其额定功率的15%左右。使用SVC、SVG等设备对其进行无功补偿，降低系统无用损耗的同时，提升配电变压器的运行效率。在配电变压器的低压母线侧安装低压电容，结合无功补偿设备，使系统运行达到空载要求，对低压母线侧的无功负荷进行控制。

3.5平衡配变三相负荷

当配电变压器的三相负荷达到平衡状态时，其功率损耗可使用公式 进行计算。其中，I为二次负载相电流，R为电阻阻值。若三相负荷未达到平衡，带来的负载损耗为 。设I_a=3I、I_b=I_c=0，此时不平衡配电变压器负载损耗达到最大，整理公式得 。可以看出，若配电变压器的三相负荷未达到平衡状态，产生的最大负载损耗将达到平衡状态下的3倍。因此，调整配变的三相负荷也是提高其运行经济性的有效措施。有以下规定：在靠近配电变压器的出口位置，三相电流平衡度应小于0.1，在分支位置，三相电流平衡度也不应大于0.2。因此在化工厂电路设计敷设阶段，需要对电网的结构进行合理的规划。例如，使用三相平衡电流测量设备，检测三相负荷异常情况，并对配电变压器系统进行全方位的监控，及时发现问题并进行调整，确保三相负荷始终处于平衡状态，实现化工厂配电变压器的节能降耗。

结论：本文对化工厂配电变压器经济运行成本的计算方式进行分析，并给出提高配电变压器运行经济性的具体措施，有利于化工企业开展生产系统节能优化工作。为配电变压器创建良好的运行环境、适当提高功率因数、严格进行设备选型、应用无功补偿手段、平衡配变三相电流。在保证配电变压器运行质量的前提下，尽量降低运行成本，为化工企业的可持续发展贡献力量。

参考文献：

[1]范云鹏,韩蓬,李森.基于经济成本约束的配电变压器运行状态控制[J].自动化与仪器仪表,2017(09):148-150.

[2]陈东临.配电变压器经济调度运行措施分析[J].无线互联科技,2017(16):18-19.

[3]程浩.化工厂配电变压器经济运行与应用[J].化工管理,2015(23):22.