配电变压器经济运行的研究.1.doc
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2008届毕业设计（论文）
材料
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
谢娟
指导教师：
曹志平
职称：
讲师
专业：
电气自动化
班级：
0504
学号：
401050403
2008年5月
材料清单
1、毕业设计（论文）课题任务书
2、指导教师评阅表
3、答辩及最终成绩评定表
4、毕业设计说明书
5、附录材料
2008届毕业设计（论文）课题任务书
系：
电气与信息工程系专业：
电气自动化技术
指导教师
曹志平
学生姓名
谢娟
课题名称
配电变压器经济运行的研究
内容及任务
1.查阅本课题相关资料
2.了解配电变压器经济运行区的确定
3.分析变压器的负载调整对变压器经济运行的影响
4.综合整理，论文撰写，完成设计
拟达到的要求或技术指标
1.变压器的基本结构与工作原理
2.变压器经济运行的基本概念
3.配电变压器经济运行研究
4.负载调整对经济运行的影响
5.变压器间负载的经济分配
6.科学管理和变压器经济运行
进度安排
起止日期
工作内容
备注
2008.03.10~2008.03.24
2008.03.25~2008.04.15
2008.04.16~2008.05.07
2008.05.08~2008.05.18
2008.05.19~2008.05.23
下达任务书、收集资料、熟悉毕业设计课题
总体方案设计
编写毕业设计说明书
教师评阅设计，学生进行总结、准备答辩
毕业设计答辩
主要参考资料
[1]王英，郭小红，同步发电机与变压器原理及运行，太原电力高等专科学校，1995：
20—28，
[2]胡景生等著，变压器经济运行，中国电力出版社，北京，1999
[3]李永，三绕组变压器经济实用计算，节能，2000·6：
29—31
[4]丁毓山，高松，变压器最佳容量确定和经济运行，中国水利水电出版社，1996：
11—12
[5]许建军，两部制电价与变压器的经济运行，铜业工程，2000·01
[6]李小安，配电变压器无功功率的消耗与节能，电工技术杂志，1999·2：
45—47
[7]徐建政，凌云，并列运行变压器经济运行模式分析，电力自动化设备，2001·9
[8]魏胜宏，并列运行变压器经济运行方式的自动控制，节能技术，2001·03
教研室
意见
年月日
系主管领导意见
年月日
湖南工学院2008届毕业设计（论文）指导教师评阅表
系：
电气与信息工程系
学生姓名
谢娟
学号
401050403
班级
0504
专业
电气自动化技术
指导教师姓名
曹志平
课题名称
配电变压器经济运行的研究
评语：
（包括以下方面，①学习态度、工作量完成情况、材料的完整性和规范性；②检索和利用文献能力、计算机应用能力；③学术水平或设计水平、综合运用知识能力和创新能力；）
是否同意参加答辩：
是□否□
指导教师评定成绩
分值：
指导教师签字：
年月日
湖南工学院2008届毕业设计（论文）答辩及最终成绩
评定表
系（公章）：
学生姓名
谢娟
学号
401050403
班级
电气0504
答辩
日期
课题名称
配电变压器经济运行的研究
指导
教师
曹志平
成绩评定
分值
评定
小计
教师1
教师2
教师3
教师4
教师5
课题介绍
思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。
30
答辩
表现
思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。
必
答
题
40
自
由
提
问
30
合计
100
答辩评分
分值：
答辩小组长签名：
答辩成绩a：
×40％＝
指导教师评分
分值：
指导教师评定成绩b：
×60％＝
最终评定成绩：
分数：
等级：
答辩委员会主任签名：
年月日
说明：
最终评定成绩＝a+b，两个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10％左右。
2008届毕业设计说明书
配电变压器经济运行的研究
系、部：
电气与信息工程系
学生姓名：
谢娟
指导教师：
曹志平职称讲师
专业：
电气自动化技术
班级：
0504
完成时间：
2008年5月
摘要
变压器在整个国计民生中是一种应用极广的耗能设备。
变压器是电力生产过程中的主要电器。
变压器在变压和传递电功率时，其自身要产生有功功率损失和无功功率消耗。
由于变压器台数多、总容量大，所以在发、供、用电过程中变压器总的电能损失约占整个电力系统损失的30%左右。
因此，全面开展变压器经济运行是实现电力系统经济运行的重要环节。
变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。
变压器的有功功率和无功功率损耗又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。
因此，本文通过对变压器运行中损耗的分析，计算，总结出在实际运行过程中如何控制变压器的负荷大小，以减少变压器自身的损耗节约电能，降低成本，基本达到了我们想要的最终效果。
关键词：
变压器；空载损耗；短路损耗；经济运行
Abstract
Thetransformerisonekindofapplicationextremelybroadconsumesenergytheequipmentintheentirenationaleconomyandthepeople'slivelihood.Thetransformerisintheelectricpowerproductionprocessmainelectricappliance.Transformerwhenlivepressureandtransmissionelectricpower,itsownmusthavetheactivepowerlossandthereactivepowerconsumption.BecausethetransformerTaiwannumberaremany,theaggregatecapacityisbig,thereforeinsends,for,useselectricityintheprocessthetransformertotalelectricalenergylosstoapproximatelycomposeabout30%whichtheentireelectricalpowersystemloses.Therefore,comprehensivelydevelopsthetransformereconomymovementrealizestheelectricalpowersystemeconomymovementimportantlink.
Thetransformerinthetransformationvoltageandinthetransmissionpower'sprocess,oneselfwillhavetheactivepowerlossandthereactivepowerloss.Transformer'sactivepowerandthereactivepowerlosewithtransformer'stechnicalcharacteristicrelated,simultaneouslyhasthemisalignmentchangealongwiththeloadchange.Therefore,thisarticlethroughtheanalysiswhichlosestothetransformermovement,thecomputation,howsummarizestocontroltransformer'sloadsizeintheactualmovementprocess,reducestransformerownlosstosavetheelectricalenergy,reducesthecost,hasachievedthefinaleffectwhichbasicallywewant.
Keyword:
Transformer;No-loadloss;Shortcircuitloss;Theeconomymoves
目录
1绪论 12
1.1课题研究的目的与意义 12
1.2变压器经济运行概论 12
1.3变压器经济运行现状 13
1.4本文主要工作 13
2变压器的基本结构与工作原理 14
2.1变压器的基本结构 14
2.2变压器的工作原理 14
3变压器经济运行的基本概念 16
3.1技术参数 16
3.2变压器的功率损耗 17
3.2.1有功功率损耗 17
3.2.2无功功率消耗 18
3.2.3综合功率消耗 19
3.3变压器间技术特性分析 20
3.3.1容量相同双绕组变压器间技术特性优劣的判定 21
3.3.2容量不同双绕组变压器间技术特性优劣的判定 23
4配电变压器经济运行研究 25
4.1变压器的最佳负荷系数 25
4.2变压器经济容量的确定 27
4.3变压器经济运行区的确定 28
5负载调整对经济运行的影响 31
5.1调整负载曲线 31
5.2调载节能计算原理 32
5.3调整日负载曲线 33
5.4实例计算 33
6变压器间负载的经济分配 36
6.1容量相同的变压器间负载的经济分配 36
6.1.1两台变压器间负载的经济分配 36
6.1.2多台变压器间负载的经济分配 37
6.2容量不同的变压器间负载的经济分配 38
6.2.1两台变压器间负载的经济分配 38
6.2.2多台变压器间负载的经济分配 39
6.3变压器负载经济分配节约功率的计算 40
7科学管理和变压器经济运行 41
7.1变压器制造和经济运行 41
7.2变压器更新和经济运行 41
7.3技术管理和经济运行 41
8总结 43
参考文献 44
致谢 45
34
1绪论
1.1课题研究的目的与意义
能源是人类社会赖以生存的物质基础，是国民经济发展的动力。
随着国民经济的发展，能源越来越被人们所关注。
变压器在整个国极民生中是一种应用极广的耗能设备。
变压器是电力生产过程中的主要电器。
一般地说，从发电、供电一直到用电，需要经过三至四次变压器的变压过程。
因此不仅变压器的总台数要超过发电机的总台数，同时运行变压器的总容量也远超过运行发电机的总容量，并且也超过运行电动机的总容量。
尽管如此，但因其数量多，容量大，所以在广义电力系统运行中，变压器总的电能损耗约占发电量的10%左右。
这对全国说，意味着全年变压器总的电能损耗为1000多亿KWh，这相当于一个较大电力系统的发电量。
变压器损耗约占电力系统线损的50%左右，在农电系统中变压器损耗约占农电网中损耗的60%—70%。
因此，开展变压器经济运行，降低变压器损耗，是实现电力系统经济运行的重要环节，是节约电能的一个重要手段，开展对变压器经济运行的研究是非常必要的。
由于在我国，配电变压器为10/0.4KV双绕组三相变压器，绝大多数情况下设计为三台以下运行，因此本次设计变压器的经济运行研究也仅限于双绕组变压器的研究。
1.2变压器经济运行概论
变压器作为一种能量转换装置，在转换能量过程中必定产生损耗，包括初级绕组的铜耗，次级绕组的铜耗和铁芯损耗。
但在实际生产运行过程中，我们通常以空载损耗和短路损耗来作为衡量变压器损耗的两个重要参数，以此为依据，我们可以方便的计算出任意给定负载时的变压器效率，控制变压器的二次电流，使变压器经济运行。
由于变压器技术特性存在着差异，并且变压器的有功损耗和无功消耗是随着负载而发生非线性变化的。
因此在变压器运行方式之间就存在着择优选取技术参数好的变压器，并且存在着最佳运行方式的问题。
由此可知，所谓变压器经济运行是指在确保变压器安全运行及传输功能不变的基础上，通过优选运行方式，合理的分配负载，改善运行条件，使变压器在电能损耗低的状态下运行。
所以变压器经济运行的实质就是变压器节电运行，充分利用现有设备条件，通过择优选取
变压器经济运行方式，即可达到节电和提高功率因数的目的。
1.3变压器经济运行现状
变压器经济运行的理论分析和生产实践证明，变压器存在着经济运行，那就是把变压器经济运行的优化理论和定量计算方法与变压器各种实际运行工况密切相结合，其结果是变压器的损耗明显减少。
20年来，我国一些地区推广变压器的经济运行，取得了较好的节电效果，但是由于没有一个统一的技术标准，而且还有人们习惯性的错误认识，所以普通存在着不同程度的变压器低效运行问题，主要表现在：
（1）凡是一台变压器能承担的负载，就不用两台运行；
（2）凡是小容量变压器能承担的负载，就不用大容量变压器运行；
（3）如何判定变压器过轻负载（俗称“大马拉小车”）的问题，长期以来都
是以变压器容量利用率来划分，其结果不仅不省电，反而浪费；
（4）认为变压器是高效率的设备，开展经济运行无潜力可挖
（5）错误地认为变压器的利用率越高，变压器损失的电能就越小（即效率越高）
有关变压器经济运行问题，沈阳工业大学成立了变压器经济运行研究所，胡景生教授就变压器经济运行方式进行了系统的理论分析，并且通过大量的实例说明变压器经济运行是一种经济实用的节电手段。
1.4本文主要工作
在综述了变压器经济运行方法研究和应用现状的基础上，本文的主要工作包括如下几个方面：
在变压器经济运行的原理基础上，分析了变压器经济运行的几种不同情况，讨论如何把变压器经济运行原理与实际相结合来达到降低变压器的电能损耗和提高电源侧功率因数的目的。
并对变压器经济运行进行了研究，考虑了负载调整对经济运行的影响和变压器负载的经济分配。
配电变压器在整个配电网中数量多，损耗大。
根据配电变压器运行的特点分析讨论其经济运行方式。
2变压器的基本结构与工作原理
变压器是一种用于交流电能转换的电气设备。
它可以把一种交流电压、电流的电能转换成相同频率的另一种交流电压、电流的电能。
变压器在电力系统中的主要作用是变换电压，以利于电能的传输。
电压经升压变压器升压后，可以减少线路损损耗，提高送电经济性，达到远距离送电的目的；电压经降压变压器降压后，获得各级用电设备的所需电压，以满足用户使用的需要。
2.1变压器的基本结构
电力变压器的基本结构，包括铁心和一、二次绕组两大部分。
铁心是变压器的主磁路，又是它的机械骨架。
铁心由铁心柱和铁轭两部分组成，铁心柱上套装绕组，铁轭的作用则是使整个磁路闭和。
为了提高磁路的导磁性能和减少铁心中的磁和涡流损耗，铁心用0.35毫米厚、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。
硅钢片分冷轧和热轧两种。
冷轧硅钢片又分为无取向和取向两种，其中取向冷轧硅钢片有明显的方向性，即沿着轧制方向的磁性能好，因此目前电力变压器均采用冷轧取向硅钢片。
绕组是变压器的电路部分，它一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。
绕组是由截面为圆形，扁形的钢，铝导线绕制而成，绕组的主要形式有层式和饼式两种形式，层式绕组的线匝沿其轴向依次排列，饼式绕组的线匝在幅向形成线饼后，再沿轴向排列。
按变压器铁心和绕组的配置来分类，可分为心式和壳式两种。
心式结构的特点是绕组露出外侧，而铁心在内侧，从绕组绝缘上考虑，这种结构适用于高电压，壳式结构的特点是在铁心内侧安放绕组，从外侧看得见铁心，这种结构适用于低电压大电流的场合。
2.2变压器的工作原理
变压器几乎在所有的输变电系统中都要用到，变压器虽种类较多，但其工作原理相同，只是根据不同的使用场合（不同的用途），变压器的绕制工艺会有不同的要求。
变压器的功能主要有：
电压变换、阻抗变换、隔离及稳定（磁饱和变压器）等。
变压器常用的铁心形状一般有E形和C形。
如图2.1是变压器的原理图，为了便于分析，我们将高压绕组和低压绕组分别画在两边。
与电源相联的称为原绕组（或初级绕组、一次绕组），与负载相联的称为副绕组（或次级绕组、二次绕组）。
原副绕组的匝数分别为和。
则两绕组之间只有磁的耦合没有电的联系。
图2.1变压器的工作原理图
当绕组1接上交变电压时，则产生交变电流，根据电感生磁，磁感生电的电磁感应原理，将在铁心中激励与电源电压频率相同的交变的磁通，交变磁通在绕组1和绕组2中将产生同频率的感应电势和，在如图2.1所示的正方向下，由电势感应定律可知
……………………………2.1
……………………………2.2
则，当改变原、副绕组的匝数即可改变副绕组的电压，若在绕组2上接负载，便有交流电能输出，从而实现了不同电压等级电能的传递。
3变压器经济运行的基本概念
变压器技术参数是分析计算变压器经济运行的基础数据。
变压器经济运行是寻求变压器运行中降低变压器的有功功率损耗和提高其运行效率（即降低变压器损耗率），以及降低变压器的无功功率消耗和提高变压器电源侧的功率因数。
因此，变压器的有功功率损耗和有功损耗率的计算、无功功率消耗和无功消耗的计算等都是变压器经济运行的基础计算式。
这些基础计算式及其相关理论是变压器经济运行的基础理论。
同时变压器经济运行也是降低电力系统网损的重要措施，所以，变压器的综合功率损耗和综合损耗率的分析计算，以及变压器负载波动的动态计算，也都属于变压器的经济运行的基础理论。
3.1技术参数
（1）空载电流
空载电流的作用是建立工作磁场，又称励磁电流。
当变压器二次侧开路，在一次侧加电压时，一次侧要产生电流——空载电流。
空载电流的大小取决于变压器铁芯的磁通密度而由感应电动势方程式为：
………………………3.1
式中—电源频率
—原绕组的匝数
—铁芯截面
变压器的空载电流和铁芯磁通密度存在着的非线性关系。
空载电流为：
………………………3.2
——变压器一次阻抗
——变压器激磁阻抗
（2）空载损失
由于励磁电流在变压器铁芯产生的交变磁通要引起涡流损失和磁滞损失。
涡流损失是铁芯中的感应电流引起的热损失，其大小与铁芯的电阻成反比。
为了减少涡流损失，必须增大铁芯的电阻，因此通常在铁芯材质中加上硅钢片，并把硅钢片制作薄一些。
磁滞损失是由于铁芯中的磁畴在交变磁场的作用下做周期性的旋转引起的铁芯发热，其损失大小由磁滞回线决定。
（3）短路电压（短路阻抗）
短路电压，其值的大小主要取决于原副侧绕组的几何尺寸，如原副绕组的直径、绕组的厚度、绕组的高度及原副侧绕组间的距离等。
短路电压主要是变压器原、副绕组的漏电抗的额定负载下产生的电压降。
此值是指在进行短路试验时，当绕组中的电流达到额定值，则加在一次侧的电压。
…………………………3.3
从运行性能考虑，要求变压器的阻抗电压小一些，即变压器总的漏阻抗电压小一些，使二次侧电压波动受负载变化影响小些；但从限制变压器短路电流的角度，阻抗电压应大一些。
（4）短路损失
短路损失是变压器在额定负载条件下其一次侧产生的功率损失（亦铜损）。
变压器绕组中的功率损失和绕组的温度有关，变压器铭牌规定的值，指绕组温度为75℃时额定负载产生的功率损失。
3.2变压器的功率损耗
3.2.1有功功率损耗
变压器在传输功率过程中其自身要产生有功功率损耗，主要由两部分组成，即空载损耗与负载损耗。
空载损耗是与负载大小无关的固定损耗，通常容量较大的变压器，其空载损耗越大。
负载损耗是与负载电流成平方关系的可变损耗。
在T小时内，变压器的有功功率损耗，损耗率的稳态计算式为：
…………………………………3.4
………3.5
……………………3.6
式中 ——T时间段内变压器的平均负
——负载功率因素
——变压器的输入功率，；
——变压器的输出功率，；
——变压器的额定功率，；
——变压器额定容量，；
——T时间内变压器计量侧的电能，；
在T小时内，变压器的负荷是不断变化的，因此，在计算变压器损失时，应计及负载波动的影响，故在做动态计算时，引入负载波动系数以考虑这种影响，则功率损失可以写成下式：
………………………………3.7
——负载波动系数
负载波动系数是指在一定时间内，变压器负载波动引起的负载损耗与其平均负载损耗之比。
图3.1变压器功率损失和功率损失率的负载特性曲线
由上图可知变压器损失率是变压器负载系数的二次函
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