电力变压器的容量计算

电力变压器的容量计算有关变压器容量计算问题在高层建筑电气设计中，如何合理 确定配电变压器的容量，是十分重要的。对于用户来说，既希望 变压器的容量不要选得过大，以免增加初投资；又希望变压器的 运行效率高，电能损耗小，以节约运行费用。这是一对矛盾的两 个对立面。本文通过对变压器相对年有功电能损耗率随相对节能 负荷率变化的函数关系从中找出主要矛盾及矛盾的主要方面，从 而得出一种电能损耗既不高且又节省初投资的配电变压器容量 的计算方法。一、按变压器的效率最高时的负荷率0M来计算容量 当建筑物的计算负荷确定后，配电变压器的总装机容量为：S 二 Pjs/0bxcos申2(KVA)式中pjs 一建筑物的有功计算负荷KW;cos2补偿后的平均功率因数，不小于0.9 ；0b变压器的负荷率。因此，变压器容量的最终确定就在于选定变压器的负荷率我们知道，当变压器的负荷率为:式中Po变压器的空载损耗；PKH 变压器的短路损耗。然而高层建筑中设备用房多设于地下层为满足消防的要 求，配电变压器一般选用干式或环氧树脂浇注变压器，表一为国 产SGL型电力变压器最佳负荷率。表 国产SGL型电力变压器最佳负荷率0m容量（千伏安）500 630 800 1000 1250 1600空载损耗（瓦）1850 2100 2400 2800 3350 3950负载损耗（瓦）4850 5650 7500 9200 11000 13300损失比 a2 2.62 2.69 3.13 3.20 3.28 3.37最佳负荷率 0m% 61.8 61.0 56.6 55.2 55.2 54.5由表可见如果以0m来计算变压器容量”必将造成容量 过大，使用户初投资大量增加，另外Pjs是30分钟平均最大负 荷P30的统计值，而民用建筑的用电一般在深夜至次日清晨是 处于轻载的，且一天运行过程中负荷也时有变化，大部分时间实 际负荷均小于计算负荷Pjs，如果按0m计算变压器容量则不可能使变压器运行在最高效率0m上，这样不仅不能节约电能且运 行在低0值上，则消耗更多的电能，因此按变压器的最佳负荷率 0m来计算变压器的容量是不合理的。二按变压器的年有功电能损耗率最小时的节能负荷率0 j计算容量 由于实际负荷总在变化，无法精确计算出变压器的 电能损耗。然而对于某类电力用户，它的最大负荷利用小时数， 最大负荷损耗小时数可依据同类用户统计数据来近似计算。变压器的年有功电能损耗可按下式估算 Wb 二 PoTb + PKH(Sjs/S2e)2 t 二 PoTb + PKH02 T式中0计算负荷率，等于变压器的计算视在容量Sjs与额定容量Seb之比Tb变压器年投运时间t年最大负荷损耗时间，可由年最大负荷利用时数T m查出如图一。用户电力负荷消耗的年有功能为：W 二 0Sebcos申Tm(4)则变压器的年有功电能消耗率为:W% 二Wb/W 二(PoTb+PKH/ t ) /0S2ecos申TM (5)令 dAW%d0 二 0求出变压器年有功电能损耗率最小时的节能负荷率0j ；0j 二 PoTo/PKHt 二 0MTot (6)即配电变压器按照节能负荷率0j计算容量时，其年有功 电能损耗率最小。由式(6)可见，变压器的节能负荷率与年最大负荷损耗时间有 关，t越低0j越高。然而由于Tm值及Tm值所对应的t值，对 于高层民用建筑还没有这方面的统计资料，只能参考工业企业的 类似资料。Tb按7500h，而根据高层民用建筑的不同功能，t 值在2300-4500范围内选取，因此T0/t大于1，则0j必大于0M，且0j=(1.3-1.8)0M。从表干式变压器的最佳负荷率0M值， 可求出节能负荷率0j。对于高层写字楼，由于五天工作制，且晚 上下班后的其余时间均处于轻载，其电力负荷的运行特点，相当 于工业企业的单班制生产，变压器的节能负荷率0j=O.85-0.98 ； 对于高层宾馆及高层建筑中以商业为主的大厦，其相当于工业企 业的两班制生产,变压器的节能负荷率0j=O.71-0.85。由此可见，按节能负荷率计算变压器的容量，要小于按最佳负荷率所计算的 变压器的容量，这样不但年电能损耗小且一次性投资省，是一种可行的方法，然而对相当于两班制生产的电力负荷运行特点的高 层建筑，其节能负荷率还不算太高，另本文均针对使用干式变压 器而讨论，如果使用S7型节能变压器(某些变电所设于首层或附 属楼)，其损失比PKH/PO约为6.25，0M约为0.4左右，则节能 负荷率在0.52-0.63之间，从这些可以看出还是有潜力的。三、按变压器的经济负荷率计算容量上节分析可知按年有功电能损耗率最小时的节能负荷率0j计算变压器的容量有利于节省初投资。然而相当于二班制运行 特点的高层建筑中的配电变压器，按0 j计算出的容量还是偏大，必将增加用户的一次性投资。如何能做到既能节省一次性投 资，又能使电能损耗小，或者说能否做到初投资省和电耗小这对 矛盾在变压器运行在负荷率的某一区域内获得相对统一，下面我 们对变压器的年有功电能损耗率公式作进一步的分析。对同一变压器，在某一负荷率0运行情况下的年有功电 能损耗率如式(5)，而在节能负荷率下的年有功电能损耗率为：Wj% 二 PoTb+PKH02jT0jS2ecos申Tm(7)用(5)式的两边除以式的两边，并用(6)式代入，整理后得:W%Wj% 二 120j+0j0(8)上式为变压器运行在某一负荷率0时的年有功电能损耗率相对于运行在节能负荷率0j时的年有功电能损耗率随相对节能负荷率变化的函数关 系。该式中当0二內时，W%/AWj%二1，当00j或 j时，W%/AWj%均大于1。我们用表格法列出相对节能负荷率为1.02.3时（我们只 关心1.0以上部分）的相年有功电能损耗率的变化情况，详表二表2相对年有功电能损耗率随相对节能负荷率变化表由表可 见，随着0/0j等额增加，W%/AWj%的增加值及其增加的速 率在不同的区域也差异甚大。卜面我们分析两个区间:当0/0j从1.0增加到1.3，增加30%时，W%/AWj%从1.0增加到1.035，只增加了 3.5% ；当0/0j从2.0增加到2.3，增加15%时，W%/AWj%从1.25增加到1.37，增加了 9. 6%。可见在0/0j的低值区，W%/Wj%的增加值相对于0/0j 的增加值是非常微小的，且增加的速率也是很小的，也就是说， 在该区域中，我们用微小的年电能损耗率增加值来换取变压器的 容量的较大减小使得一次性投资的明显降低，因此，我们选择相 对节能负荷率0Q在1-1.3范围内，即经济负荷率为:我们按经济负荷率0jj选出的变压器容量，要比按节能负 荷率0j选出的变压器容量降低一级，由此而节约的初投资远大 于配电变压器的年有功电能损耗费用，故到了经济性与节能性这 对矛盾的相对统一，显然这是一种既科学又经济合理的方法。结合变压器运行年限所限定的温度条件,变压器的负荷率为:0b 二 0jj 二(1 1.3)0j0bG(10)四、高层建筑配电变压器的容量计算综上分析，计算变压器容量的步骤为：(1) 计算出整座大楼的计算负荷Pjs(2) 用(2)式计算出0M(3) 用(6)式计算出0j(4) 用(10)式选出0b(5) 用(1)式计算出变压器的容量步骤(2)中先按0js初估变压器容量然后查变压器手册中 的Po与PKH，得出0m ,当步骤(5)得出变压器容量后将其与初估容量比较，如不一致，则将计算出的容量返回步骤 继续进 行，直至一致。当选用两台或两台以上变压器时，变压器的总装机容量选 择不但与考虑经济、节能时的负荷率有关，还与考虑供电负荷级 别所需的变压器的备用量有关，这两方面的考虑虽然出于两种不 同的目的和概念，但都是密切相关的。另夕卜本文所讨论的配电变压器容量的计算方法，主要是针 对高层建筑中所使用的变压器点卩使用干式或环氧树脂浇注变压 器，然而该方法也适用于使用其他配电变压器的场合，如使用油 浸式节能变压器时，它的损失比较干式变压器更高，节能负荷率 0更低，这样用本方法计算出的变压器容量可能会降低两级，效 果更好。五、结论在变压器的年有功电能损耗率最小时的节能负荷率作为 计算变压器容量的基础上，以1.035倍的年有功电能损耗率为约 束条件得出的经济负荷率的上限值可为节能负荷率的1.3倍，以 此来计算变压器的容量，做到了节能性与经济性的相对统一。另夕卜，以30分钟最大负荷P30作为计算负荷Pjs也是造 成变压器容量得不到充分利用的一个重要原因，因为30分钟是 从较小截面的导线的允许发热为前提规定的。由于我国现有资料