CN1320365C - 变压器损耗计量计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力、冶金行业变压器功率损耗计量方法。依据实测的变压器一次侧和二次侧有功功率P、无功功率Q、总功率S、功率因数COSΦ的实时动态数据，以同一时刻一次测的电量数据减去二次侧电量的数据，给出变压器电量损耗实际发生值，并用此值除以相应一次侧的数据，计算各电量参数的单位损耗率，变压器节能管理软件根据计算结果建立各参数的动态数据库，计算出各参数在变压器经济运行状态时的最小值，差值超出一定范围后输出控制或报警信号，实现了对变压器损耗的实时控制。使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数，进而实现增加产量、节能降耗的效果。为电力主管人员科学计算供电，为电网运行质量更加优质提供了可靠依据。

Description

变压器损耗计量计算方法

技术领域

本发明涉及应用于电力行业、冶金行业变压器功率损耗计量计算方法。

背景技术

变压器作为电力系统运行的主要设备，在变换电压及传递功率的过程中，自身要产生功率损耗。变压器的功率损耗与变压器的技术特性有关，同时又随着负载的变化而产生非线性的变化，变压器的损耗在电网中的线损所占的比例较大，据统计，电能通过变压器和输电线路要损失10％左右，而变压器损耗约占6％，中国一年在变压器上的电能损失约47O亿千瓦时，变压器能否经济运行，关系到企业的效益，寻找一种科学可行的方法计算变压器的损耗，并实时控制使其经济运行对节能降耗意义重大。

变压器功率损耗分两部分，与负荷无关的损耗称为空载损耗，随负荷变化的称为负载损耗。空载损耗用ΔS₀表示，计算式如下：

$\mathrm{\Δ}{S}_0=\mathrm{\Δ}{P}_0+j\frac{I_0\%}{100}{S}_N$

负载损耗又称短路损耗，指变压器绕组中的损耗，它与负荷有关，当变压器通过负荷时，有功损耗等于变压器中的铜损，无功损耗等于绕组中的漏抗损耗。

目前变压器功率损耗计算方法复杂，例如对于双绕组变压器功率损耗方法列举几种如下：

冶金变压器的有功损耗ΔP计算方法：

ΔP＝ΔP₀+(P²+Q²/U²)r_b×10^-3

或ΔP＝ΔP₀+ΔP_k(S_a/S_n)²

或 $\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\Δ}{P}_0+3I_{1a}^2{r}_{b1}\×{10}^{-3}$

或 $\mathrm{\ΔP}=\mathrm{\Δ}{P}_0+3I_{2a}^2{r}_{b2}\×{10}^{-3}$

式中ΔP₀——变压器的空载有功损耗，KW；

    ΔP_k——变压器的短路损耗，KW；

    I_1a——变压器一次侧代表日日均方根电流，A；

    I_2a——变压器二次侧代表日日均方根电流，A；

    r_b1——变压器以一次侧电压为基准的每相等值电阻，Ω；

    I_b2——变压器以二次侧电压为基准的每相等值电阻，Ω；

    r_b——变压器每相等值电阻，Ω；

    S_a——变压器均方根容量，KV·A；

    Sn——变压器额定容量，KV·A；

    U——流过功率那一点的线电压，Kv；

变压器无功损耗ΔQ计算方法：

$\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_0\%}{100}{S}_n+\frac{U_K\%\mathrm{Sn}}{100}{(S_a/S_n)}^2$

或 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_0\%}{100}{S}_n+\frac{P^2+Q^2}{U^2}{X}_b\×{10}^{-3}$

或 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_0\%}{100}{S}_n+3I_{1a}^2{X}_{b1}\×{10}^{-3}$

或 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_0\%}{100}{S}_n+3I_{2a}^2{X}_{b2}\×{10}^{-3}$

式中I₀％——变压器的空载电流百分比；

    U_k％——变压器的短路电压百分比；

    X_b——变压器等值漏抗，Ω；

    X_b1——变压器以一次侧电压为基准的每相等值漏抗，Ω；

    X_b2——变压器以二次侧电压为基准的每相等值漏抗，Ω；

以上计算方法复杂，且负载损耗的计算是假定变压器端电压在任意负载时都等于额定电压而导出的，而实际电压随负载变化而变化，应用这种方法计算得出的变压器功率损耗存在误差，而且这种计算方法不能实时反映变压器功率损耗值。另外，某一段时间的损失情况，不能真实反映长时间的损失变化。这样计算的结果只能用于事后的管理，而不能作为实时控制依据。

要想模拟真实情况，计算出变压器在某一时刻或某一段时间内的电能损失是很困难的，因为不仅要有详细的电网资料，还要有大量的运行资料，有些运行资料是很难取得的。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种以同一时刻一次侧变压器的电量数据和二次侧的电量数据为基础，用一次测的电量数据减去二次侧电量的数据，给出变压器电量损耗实际发生值，提供瞬时量化数据变压器损耗计量计算方法。

实现本发明目的的技术方案是这样解决的：

1、一种变压器损耗计量计算方法，包括下述步骤：

a、采集变压器一次侧和二次侧有功功率P、无功功率Q、总功率S、功率因数COSΦ的实时动态数据；

b、用一次侧电量数据减去二次侧相应电量数据，计算给出冶金变压器的有功损耗ΔP、无功损耗ΔQ、功率因数降低值ΔCOSΦ，总功损耗ΔS影响变压器经济运行的电量；

c、用有功损耗ΔP除以同一时刻一次侧的有功功率，计算单位有功电量的有功损耗率ΔP/P₁；

d、用总功损耗ΔS除以同一时刻一次侧的总功率，计算单位负荷的总功损耗率ΔS/S₁；

e、用无功损耗ΔQ除以同一时刻一次侧的无功功率，计算单位无功电量的无功损耗率ΔQ/Q₁；

f、变压器节能运行管理软件建立ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁参数的动态数据库，分别计算出ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁参数在变压器经济运行状态时的最小值，将变压器运行电参数的瞬时值和最小值比较，给出差值，差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号，使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数；

其计算公式为：

冶金变压器的有功损耗ΔP＝P₁-P₂

无功损耗ΔQ＝Q₁-Q₂

总功损耗ΔS＝S₁-S₂

功率因数降低值ΔCOSΦ＝COSΦ₁-COSΦ₂

单位有功电量的有功损耗率 $\mathrm{\ΔP}/P_1=\frac{P_1-P_2}{P_1}\×100\%$

单位负荷的总功损耗率 $\mathrm{\ΔS}/S_1=\frac{S_1-S_2}{S_1}\×100\%$

单位无功电量的无功损耗率 $\mathrm{\ΔQ}/Q_1=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\×100\%.$

式中各符号代表的意义为：ΔP-冶金变压器的有功损耗，P₁-一次侧有功功率、P₂-二次侧有功功率；ΔQ-无功损耗，Q₁-一次侧无功功率、Q₂-二次侧无功功率；ΔS-总功损耗，S₁-一次侧总功率、S₂-二次侧总功率；ΔCOSΦ-功率因数降低值，COSΦ₁-一次侧功率因数、COSΦ₂-二次侧功率因数；S-总功率；P-有功功率；Q-无功功率。

依据分别连在变压器一次侧和二次侧的采集器采集的变压器一次侧和二次侧有功功率P、无功功率Q、总功率S、功率因数COSΦ的实时动态数据，用一次侧电量数据减去二次侧相应电量数据，计算给出冶金变压器及其二次侧产生的有功损耗ΔP、无功损耗ΔQ、功率因数降低值ΔCOSΦ，总功损耗ΔS等影响变压器经济运行的电量参数，用冶金变压器的有功损耗ΔP除以一次侧相应瞬时有功功率，计算单位有功电量的有功损耗率ΔP/P₁；用总功损耗除以相应一次侧的瞬时总功率计算单位负荷的总功损耗率ΔS/S₁；用无功损耗除以相应一次侧的瞬时无功功率，计算单位无功的无功损耗率ΔQ/Q₁。

与采集器相连的变压器节能运行管理软件建立ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁等参数的动态数据库，计算出ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁等参数在变压器经济运行状态时的最小值，将变压器运行电参数的瞬时值和最小值比较，给出差值，差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号，使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数。

本计算方法当一次侧及二次侧的有功功率P、无功功率Q、总功率S取值瞬时值时，可以用以计量瞬时损耗率；当一次侧及二次侧的有功功率P、无功功率Q、总功率S取值平均值时可以用以计算一段时间内的平均损耗。

本发明与現有技术相比，其有益效果为：

本发明为变压器损耗提供瞬时量化数据，为能耗实时动态控制提供依据。根据计算结果，使变压器节能运行管理软件实现了对变压器损耗系统最低损耗的实时控制，动态实时显示变压器的运行参数与变压器的最低损耗和需量的差值，超出范围后报警并指导变压器节能运行，使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数，从而最大限度地降低变压器的电能损失和提高其电源侧的功率因数，进而实现增加产量、节能降耗的效果。

通过大量准确直观的数据为电力主管人员科学计算供电可靠性、变压器改造提供了最基本的资料，为电网运行质量更加优质、稳定的高级应用软件，提供了可靠依据。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的内容作进一步说明：

计算公式：

冶金变压器的有功损耗ΔP＝P₁-P₂

无功损耗ΔQ＝Q₁-Q₂

总功损耗ΔS＝S₁-S₂

功率因数降低值ΔCOSΦ＝COSΦ₁-COSΦ₂

单位有功电量的有功损耗率 $\mathrm{\ΔP}/P_1=\frac{P_1-P_2}{P_1}\×100\%$

单位负荷的总功损耗率 $\mathrm{\ΔS}/S_1=\frac{S_1-S_2}{S_1}\×100\%$

单位无功电量的无功损耗率 $\mathrm{\ΔQ}/Q_1=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\×100\%$

实施例1

1.计算瞬时功率损失：

以12500KVA矿热炉变压器举例计算：

同一时刻采集器1及采集器2采集的变压器一次侧和二次侧瞬时有功功率P、瞬时无功功率Q、瞬时总功率S、瞬时功率因数COSΦ，分别为：S₁＝12500KV·A，P₁＝10000KW，Q₁＝7500Kvar，COSΦ₁＝0.8，S₂＝11000KV·A，P₂＝9130KW，Q₂＝6135Kvar，，COSΦ₂＝0.83

这一时刻的瞬时功率损失计算如下：

冶金变压器的有功损耗ΔP＝P₁-P₂＝10000-9130＝870KW

无功损耗ΔQ＝Q₁-Q₂＝7500-6135＝1365Kvar

总功损耗ΔS＝S₁-S₂＝12500-11000＝1500KV·A

功率因数降低值ΔCOSΦ＝COSΦ₁-COSΦ₂＝0.8-0.83＝-0.03

单位有功电量的有功损耗率 $\mathrm{\ΔP}/P_1=\frac{P_1-P_2}{P_1}\×100\%$

$=\frac{870}{10000}\×100\%=8.7\%$

单位负荷的总功损耗率 $\mathrm{\ΔS}/S_1=\frac{S_1-S_2}{S_1}\×100\%$

$=\frac{1500}{12500}\×100\%=12\%$

单位无功电量的无功损耗率 $\mathrm{\ΔQ}/Q_1=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\×100\%$

$=\frac{1365}{7500}\×100\%=18.2\%$

计算平均功率损失：当采集器1及采集器2采集的数据是一段时间的平均值时，用以上公式计算结果则是平均功率损耗值。

Claims (2)

1、一种变压器损耗计量计算方法，包括下述步骤：

a、采集变压器一次侧和二次侧有功功率P、无功功率Q、总功率S、功率因数COSΦ的实时动态数据；

b、用一次侧电量数据减去二次侧相应电量数据，计算给出冶金变压器的有功损耗ΔP、无功损耗ΔQ、功率因数降低值ΔCOSΦ，总功损耗ΔS影响变压器经济运行的电量；

c、用有功损耗ΔP除以同一时刻一次侧的有功功率，计算单位有功电量的有功损耗率ΔP/P₁；

d、用总功损耗ΔS除以同一时刻一次侧的总功率，计算单位负荷的总功损耗率ΔS/S₁；

e、用无功损耗ΔQ除以同一时刻一次侧的无功功率，计算单位无功电量的无功损耗率ΔQ/Q₁；

f、变压器节能运行管理软件建立ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁参数的动态数据库，分别计算出ΔP/P₁、ΔS/S₁、ΔQ/Q₁参数在变压器经济运行状态时的最小值，将变压器运行电参数的瞬时值和最小值比较，给出差值，差值超出一定范围后输出控制信号或报警信号，使变压器的运行操作满足无限趋近于优化经济运行参数；

其计算公式为：

冶金变压器的有功损耗ΔP＝P₁-P₂

无功损耗ΔQ＝Q₁-Q₂

总功损耗ΔS＝S₁-S₂

功率因数降低值ΔCOSΦ＝COSΦ₁-COSΦ₂

单位有功电量的有功损耗率 $\mathrm{\ΔP}/P_1=\frac{P_1-P_2}{P_1}\×100\%$

单位负荷的总功损耗率 $\mathrm{\ΔS}/S_1=\frac{S_1-S_2}{S_1}\×100\%$

单位无功电量的无功损耗率 $\mathrm{\ΔQ}/Q_1=\frac{Q_1-Q_2}{Q_1}\×100\%.$

式中各符号代表的意义为：ΔP-冶金变压器的有功损耗，P₁-一次侧有功功率、P₂-二次侧有功功率；ΔQ-无功损耗，Q₁-一次侧无功功率、Q₂-二次侧无功功率；ΔS-总功损耗，S₁-一次侧总功率、S₂-二次侧总功率；ΔCOSΦ-功率因数降低值，COSΦ₁-一次侧功率因数、COSΦ₂-二次侧功率因数；S-总功率；P-有功功率；Q-无功功率。

2、根据权利要求1所述的变压器损耗计量计算方法，其特征在于本计算方法可用以计量瞬时损耗率或计算一段时间内的平均损耗。