CN201829949U - 一种通过新计算方法实现变压器节约用电的装置 - Google Patents

Abstract

一种通过新计算方法实现变压器节约用电的装置，该装置包括两个变压器的三相电流采集模块、CPU逻辑控制器和被控制对象开关三部分组成。由CPU逻辑控制器实时测量变压器电流，当电流条件符合转换条件时，可按照固定的逻辑顺序对被控制对象开关动作。方案则是依据变压器设备参数计算出准确的负载损耗曲线，然后根据变压器容量和有功功率损耗的关系，接着通过对变压器有功损耗的计算和分析，提出了一种计算临界负荷电流法，经过负荷电流与计算的临界负荷电流的比较，可灵活对变压器进行投切，达到降低变压器的电能损耗的目的。

Description

一种通过新计算方法实现变压器节约用电的装置 

涉及领域 

本实用新型涉及一种变压器节约用电的新计算方法及装置，主要是通过计算临界负荷电流，灵活对变压器进行投切，最大程度降低变压器的电能损耗。 

背景技术

变压器是电力工程中的主要设备，在传输电能的过程中，变压器自身要产生有功功率损耗和无功功率损耗，变压器总的电能损耗约占发电量的10％左右。目前，国内大多数用户的变压器是在非经济状态(自然状态)下运行，传统的认识认为，变压器的负载率越高越经济，两台以上运行的变压器只有在一台满载后，才能投入另一台，这样变压器损耗较大，不利于节能降耗。 

发明内容

本实用新型旨在说明一种变压器节约用电的新计算方法。装置包括两个变压器的三相电流采集模块、CPU逻辑控制器和被控制对象开关三部分，通过两个变压器的三相电流采集模块，将两个电流互感器的电流数据传入CPU逻辑控制器，CPU逻辑控制器对电流数据进行逻辑处理，CPU逻辑控制器与被控制对象开关相连，CPU逻辑控制器的输出信号决定被控制对象开关的接通与断开。 

该方案首先可依据设备参数计算出准确的负载损耗曲线，然后根据变压器容量和有功功率损耗的关系，通过对变压器有功损耗的计算和分析，提出了一种计算临界负荷电流法。然后根据临界负荷电流，可灵活对变压器进行投切，最大程度降低变压器的电能损耗，实现了节约用电的目的。 

1.变压器负荷与有功损耗的计算依据的理论基础 

变压器的有功功率损耗：P＝P₀+P_L       (1) 

其中P——变压器的总损耗功率；P₀——变压器的空载损耗功率；P_L——变压器在一定负载电流下的负载损耗功率。 

负载损耗P_L可用负荷电流I表示：P_L＝I²R (2)    其中R——变压器绕阻的等值电阻。 

变压器铭牌中会给出了空载损耗P₀和额定负载损耗P_K， 

其中变压器的额定负载损耗P_K，P_K＝I_n ²R  (3)    其中I_n——变压器额定负荷电流。 

可推出变压器当在负荷电流为I时的总损耗值为：P＝P₀+(I²/I_n ²)P_K    (4) 

2.两台相同容量的变压器分别带相同负荷时的计算 

在负荷性质比较重要的变配电场所，大都是选用两台变压器供电，一般来说其容量的选择是根据最大的负荷来考虑的。而两台变压器的容量相同的。现假设两台变压器分列运行时每台带的负荷电流均为I(两台变压器的负荷电流之和不得大于其中一台的额定电流)。 

此时两台变压器的损耗之和P_2T为：P_2T＝2P_T＝2[P₀+(I²/I_n ²)P_K]         (5) 

如果两台变压器的负荷由其中一台运行，另一台变压器停运备用。 

此时带负荷的一台变压器损耗P_1T为：P_1T＝P_O+(4I²/I_n ²)P_K              (6) 

令P_2T＝P_1T，由(1)式和(2)式可求得两台变压器分列运行和一台变压器带全部负荷时总损耗相等的临界负荷电流量I′，即： 

$I^{\′}=\mathrm{In}{\left(\frac{p_0}{{2p}_k}\right)}^{\frac{1}{2}}---\left(7\right)$

根据负载电流I的数值确定变压器的运行方式有两种选择：当I≤I′时，单台变压器带全部负荷运行的损耗小于两台分列运行的总损耗；当I＞I′时，则两台变压器同时运行时的总损耗小于单台带全部负荷的损耗。 

3.两台不同容量的变压器分别带相同负荷时的计算 

两台不同容量的变压器带相同的负荷电流I，容量大的一台空载损耗为P₁₀，短路损耗为P_1K，额定负荷电流为I_1n；容量小的一台空载损耗为P₂₀，短路损耗为P_2K，额定负载电流为I_2n。设两台变压器的损耗相等，即P₁＝P₂，则： 

解得临界负荷电流I″为： 

根据负载电流I的数值确定变压器的运行方式有三种选择：当负荷电流I＜I″时，容量大的一台损耗较大，此时应在满足负载要求的情况下，选择将小容量的变压器投入运行(其中I必须小于容量较小的一台变压器的额定电流)。当I＞I″时，容量大的一台损耗较小，应选择将大容量的变压器投入运行；当负载电流I＞容量大的一台变压器的额定电流时，应两台变压器同时投入运行。 

本实用新型的有益效果是：对于安装两台变压器的变电所、工厂和医院等场所，可根据变压器现有的技术参数，结合实际负载情况，在确保变压器安全运行和保证供电质量的基础上充分利用原有设备和不用投资(或很少投资)的情况下，通过合理选择变压器运行方式，能够实现变压器的经济运行，最大限度的减少变压器的有功功率损耗。 

附图说明

图1由一种变压器节约用电的新计算方法而得出的结构示意装置。 

图2是本实用新型控制装置1#变压器和2#变压器并列运行原理图。 

图3两台相同容量的变压器并列运行与单台带全部负荷时，变压器损耗对比图。 

图4～图6两台不同容量的变压器分别带相同负荷时，变压器损耗对比图。 

具体实施方式

计算实例1：在某厂变电站，两台主变压器为20000kVA/110/6.3KV，变压器的技术参数为空载损耗：P₀＝30kW，额定负载损耗：P_K＝104kW，额定电流I_n＝28900A。 

代入(7)式计算得临界负荷电流I′：I′＝10975A。 

如图3所示，当全厂的平均负荷电流等于并小于10975A时，可以使用一台主变压器带全厂负荷，另一台主变压器备用；这时单台带全部负荷运行的损耗小于两台分列运行的总损耗；当全厂的平均负荷电流 大于10975A时，则采用两台变压器全部投入运行的方式好，而且两台变压器的损耗小于一台变压器运行时的损耗。 

计算实例2：某矿变电站原有一台20000kV A/110/6.3KV的变压器，因扩建需要增加一台16000kV A/110/6.3KV的变压器，试计算临界电流，以确定运行方式。变压器的技术参数为：20000kV A/110/6.3KV变压器(P_3T)，空载损耗： 

额定负载损耗： 

额定电流I₁n＝28900A；16000kV A/110/6.3KV变压器(P_4T)，空载损耗： 

额定负载损耗： 

额定电流I₂n＝23100A。 

代入(8)式计算得I″＝11325A. 

如图4所示：当全矿的平均负荷电流小于11325A时，采用容量小的一台变压器(P_4T)带全部负荷，大变压器备用，此时小变压器(P_4T)的有功损耗低于大变压器(P_3T)的有功损耗；当全矿的平均负荷电流在11325～28900A范围时，则采用容量大的一台变压器(P_3T)投入运行，此时大变压器的有功损耗低于小变压器(P_4T)的有功损耗；当全矿的平均负荷电流大于28900A时，则需两台变压器同时投入运行。 

计算实例3：某矿变电站原有一台20000kV A/110/6.3KV的变压器，因扩建需要增加一台12500kV A/110/6.3KV的变压器，试计算临界电流，以确定运行方式。变压器的技术参数为：20000kV A/110/6.3KV变压器(P_3T)，空载损耗： 额定负载损耗： 

额定电流I₁n＝28900A；12500kV A/110/6.3KV变压器(P_4T)，空载损耗： 

额定负载损耗： 

额定电流I₂n＝18040A。 

代入(8)式计算得I″＝9968A. 

计算实例4：某矿变电站原有一台20000kV A/110/6.3KV的变压器，因扩建需要增加一台8000kV A/110/6.3KV的变压器，试计算临界电流，以确定运行方式。变压器的技术参数为：20000kV A/110/6.3KV变压器(P_3T)，空载损耗： 

额定负载损耗： 

额定电流I₁n＝28900A；8000kV A/110/6.3KV变压器(P_4T)，空载损耗： 

额定负载损耗： 

额定电流I₂n＝11550A。 

代入(8)式计算得I″＝7741A. 

如图5和图6所示：当全矿的平均负荷电流小于临界电流时，采用容量小的一台变压器(P_4T)带全部负荷，大变压器备用，此时小变压器(P_4T)的有功损耗低于大变压器(P_3T)的有功损耗；当全矿的平均负荷电流大于临界电流时，则采用容量大的一台变压器(P_3T)投入运行，小变压器备用，此时大变压器(P_3T)的有功损耗低于小变压器(P_4T)的损耗；当全矿的平均负荷电流大于大变压器(P_3T)的额定电流时，则需两台变压器同时投入运行。另外还可以看出，ΔP(P_3T-P_4T)越大，节电效果越显著。 

图2中控制装置信息采集系统采用两组电流采集模块分别将两台变压器的负载电流通过电流信号采集电路变换为0～20mA的电流信号经A/D转换后送入微处理器进行数据处理，根据系统所选定的的临界电流确定 变压器的运行方式，并输出控制信号分别控制相关执行元件自动投入或关闭变压器的负荷开关QF1、 

QF4和联络开关QF3。为了避免变压器因频繁投切对变压器使用寿命的影响，微处理器设有变压器日投切次数限制指令。 

Claims (2)

1.一种通过新计算方法实现变压器节约用电的装置，该装置包括两个变压器的三相电流采集模块、CPU逻辑控制器和被控制对象开关三部分，其特征在于：通过两个变压器的三相电流采集模块，将两个电流互感器的电流数据传入CPU逻辑控制器，CPU逻辑控制器对电流数据进行逻辑处理，CPU逻辑控制器与被控制对象开关相连，CPU逻辑控制器的输出信号决定被控制对象开关的接通与断开。

2.根据权利要求1所述的一种通过新计算方法实现变压器节约用电的装置，其特征在于：控制装置信息采集系统采用两组电流采集模块分别将两台变压器的负载电流通过电流信号采集电路变换为0～20mA的电流信号经A/D转换后送入微处理器进行数据处理，根据系统所选定的的临界电流确定变压器的运行方式，并输出控制信号分别控制相关执行元件负荷开关QF1、QF4和联络开关QF3自动投入或关闭变压器。 

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