变电站变压器经济运行实时监控实现

郝治国　赵学文　张保会
西安交通大学电气工程学院，陕西 西安 710049

摘要：根据变压器经济运行理论,研究了变压器实时经济运行的算法，开发了变压器经济运行的实时监控系统。该系统利用工控机和实时数据采集终端“网络893”构成，具有实现方便、编程简单、运行可靠的特点。
关键词：变压器,经济运行,实时监控

1　引言

　　变压器是一种应用很广泛的变电设备。从发电、供电到用电一般需要经过3-5次的变压过程，其自身产生有功功率损耗和无功功率损耗。由于变压器台数多、总容量大，它消耗的电能也非常可观，在广义电力系统中（包括发、供、用电）变压器损耗的电能大约可以占到系统发电量的10%左右［1］。降低变压器电能损耗的主要途径是提高变压器性能，采用新型高效设备，再者就是在现有设备的基础上实现变压器的经济运行。

　　变压器经济运行是在确保变压器安全运行及传输电量相同的基础上，充分利用现有设备，采取变压器运行台数、分接头档位等最佳组合以及改善变压器运行条件等技术措施，从而最大限度地降低变压器的电能损失和提高供电质量［1］。在变电所中，由于变压器容量、电压等级、铁心、绕组及制造工艺等的不同，变压器之间的技术特性和参数存在着差异，在供应相同负载的条件下，必然存在着有的变压器运行方式损耗大，有的变压器运行方式损耗小的情况，在多种变压器运行方式中，损耗小的运行方式就是经济运行方式［2，3，4］。基于变压器经济运行的计算软件也涌现出很多的版本，这些软件多是对变压器运行数据进行离线分析，这对于负载波动较大的变电站，存在着不能及时判断及控制等弊端。为此，本文开发了变压器经济运行的实时监控系统。该系统可以实时采集变压器电压、电流等数据，进行有功、无功及其损耗的计算分析判断，选择变压器经济运行方式，自动投切变压器。系统硬件由模拟量采集运算单元、开关量输入输出单元、通信卡及工控机等组成，软件在Windows NT环境下运行，人机交互界面友好，所有计算、控制结果都以表格或图形显示，阅读方便直观。

2　理论基础与判定原理

2.1理论基础

　　变压器技术参数是分析变压器经济运行的基础数据，变压器经济运行就是通过不同的运行方式组合，寻求降低变压器有功功率损耗和无功功率损耗的途径［１，２，３，４］。因此，变压器的有功功率和无功功率损耗的计算式是变压器经济运行的基础算式。同时，变压器经济运行也是降低电力系统损耗的重要措施，变压器的综合功率的分析计算也属于变压器经济运行的基础理论。

　　a. 有功功率损耗

　　双绕组变压器的有功功率损耗ΔP

　　

　　P0——变压器空载损耗

　　Pk——变压器额定负载下的短路损耗，取决于变压器绕组的铜耗及附加铜耗。

　　β——变压器的负载系数，β=S/SN。

　　S——变压器实时视在功率

　　SN——变压器额定视在功率

　　三绕组变压器的有功功率损耗ΔP

　

　　Pk1、Pk2、Pk3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组负载损耗
　　β1、β2、β3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组负载系数

　　S1N、S2N、S3N——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组额定视在功率

　　S1、S2、S3——变压器一次侧、二次侧、三次侧绕组实时视在功率

　　b. 无功功率损耗

　　变压器是借助于电磁转换实现电压变换的,它是一个强感性的电气设备,在传输功率的过程中,负载电流在变压器上的无功损耗远远大于它的有功损耗。因此,变压器经济运行中降低无功损耗的潜力远大于有功损耗,同时无功的节约有利于电压稳定。

　　双绕组变压器无功功率损耗ΔQ ：



　　Q0——变压器空载无功功率损耗；

　　Qk——变压器额定负载下无功功率损耗。

　　三绕组变压器无功功率损耗ΔQ：

　
　　Qk1、Qk2、Qk3——变压器一次侧、二次侧、三次侧额定负载下无功功率损耗

　　β１、β2、β3——同上

　　c. 综合功率损耗

　　 综合功率损耗是指变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使电网增加的有功功率损耗之和。综合功率损耗既考虑变电设备的节电，又考虑了供电网损耗的降低，综合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳的节电方法［１］。

　　双绕组变压器综合功率损耗ΔPZ：

　　
　　P0Z——变压器空载综合功率损耗；

　　PkZ——变压器额定负载下综合功率损耗。

　　KQ为无功经济当量，它的物理意义是指变压器每减少1kvar无功功率损耗时，引起连接系统有功功率损耗下降的kW值，KQ的大小和变压器在电力系统中的位置有关，对于确定的变电站内变压器KQ为常数。

　　三绕组变压器各侧绕组额定负载综合功率损耗PkZ1、PkZ2、PkZ3为：



2.2变压器经济运行技术特性优劣判定 