河池化工厂10KV变压器的运行方式设计电气工程专业.docx

目 录 [摘 要] 2 [关键词] 2 引言 2 1 变压器基本结构 2 1．1 铁心 2 1．2 绕组 3 1．3 油箱及附件 3 2 化工厂变压器经济运行基本理论 4 2．1 经济运行应注意的问题 4 2．2 变压器的功率损耗 5 2．2．1 有功损耗 5 2．2．2 无功损耗 5 2．2．3 变压器功率损耗的计算 5 2．3变压器综合功率经济负载系数 6 2．4变压器并、解列的经济点计算 6 3 河池化工厂运行状况调查 7 3.1化工厂结构及用电情况 7 3.2化工厂用电负荷情况 7 4 河池化工厂变压器的运行方式设计 8 4.1化工厂变压器的损耗计算 8 4.2变压器运行方式的选择 9 5河池化工厂变压器运行方式的应用 10 5.1化工厂变压器运行方式设计方法 10 5.1.1变压器运行方式主接线 10 5.1.2变压器运行逻辑 10 5.2确定变压器运行方式 11 6 结语 11 参考文献： 12 [Abstract] 12 [Key words] 12 致谢 13 河池化工厂10KV变压器的运行方式设计 [摘 要] 电能是否合理使用是限制化工企业经济效益发展的重要因素之一，在电力系统中，变压器属于关键的电气装置，化工厂变压器运行的方式能不能经济合理，会非常大的影响电能的损耗情况。通过对化工厂10kv变压器的运行方式的探究，在确保提供充足的优质电量以及变压器稳定工作的基础上，不改变当前的设计框架，以10KV变压器为研究对象，通过合理地调整负载，进而选择最佳的经济运行模式，使变压器的电能损失降低到最低点，以便于电力系统实现既安全又低成本地运行。 [关键词] 变压器 ；损耗；运行方式 ；节能 引言 人类的繁衍生息离不开能源的支撑，能源涉及到国计民生的各个层面，就化工企业而言，素有“工业血液”之称的能源更是其运营和发展的基础。从功能上来说，能源不仅是化工企业赖以生存的条件，而且是制约其经济效益的关键因素，其中尤以电能对化工厂的影响最大。因而，若要实现节能降耗，化工厂务必确保电力系统在能耗最小状态下运行，这就需要对该系统中的核心设备变压器的运行方式进行科学有效的设计。 1 变压器基本结构 一般而言，油箱、绕组、铁心等是电力变压器的主要构成部件，电力变压器的类型也具有多样化的特征，本文以油浸式变压器为研究对象，对其基本结构做出如下论述。 1．1 铁心 在变压器中，铁心是最为重要的构成部件。变压器一、二次侧的线圈均缠绕在铁心柱上，当电流通过时产生磁通，磁通交替变化产生损耗，为了降低这种损耗，我们采用多个厚度为0.35-0.5ｍｍ的电工钢片层层叠加而成，构成变压器铁心，并在电工钢片的两个表面上涂抹一层绝缘物质。在大容量变压器中应用最为广泛的电工钢片为冷轧型，其主要优势表现为两点，即低损耗和高磁导率。 心式是变压器铁心的常见结构类型，其关键构成部件有两个，一是表面缠有绝缘铜线的两个铁心柱，二是用于联接两个铁心柱的铁轭。铁心柱的表面还装有绕组套，铁轭的主要作用是按要求实现磁路闭合。在心式结构中，铁轭与铁心柱之间的组合方式为交叠式，这样可使各层的接缝不在同一位置，从而能够确保不会产生过多的励磁电流，但这种方式的缺陷也是不容忽视的，如复杂性较强、制作过程中耗时耗力等等。 1．2 绕组 对于变压器而言，绕组就是通常所说的电路部分，输送电能是该部件的基本作用，它主要由一次侧绕组和二次侧压绕组组成。接在高压侧的绕组称为一次侧绕组；接在低压侧的绕组称为二次侧绕组。从电压等级变化的角度来说，接在高压侧的，称为高压绕组；接在低侧的，称为低压绕组。 绕组是按照一定规律连接起来的若干个线圈的组合，线圈一般是由经过绕制的具有绝缘功能的铜线构成。高压绕组不仅横截面较小而且匝数较多，低压绕组则与其相反。除了电气性能以外，绕组的机械强度与耐热水平也会对变压器的使用周期和稳定运行产生巨大影响。 常见的绕组结构有两种，一种为同心式，另一种为交叠式。前者是指相对独立的高、低压绕组同时缠绕于铁心柱上；后者是指高、低压绕组交替的排列于铁心柱上，并呈现出交互重叠的线饼状。 1．3 油箱及附件 油箱多安装于油浸式变压器中，其外壳即为油箱。无论是变压器升压还是降压，电能都要依托于变压器中的线圈进行传输，在这个过程中便产生了热量，为了确保变压器在低温状态下运行，最常用的方法就是增加散热面。为此，大容量变压器需要配置管式油箱，即在油箱壁的外侧装有散热管，当油温升高膨胀后，热油高度上升，流入油箱上部，经散热管冷却后，油位高度降低，流入油箱底部，形成自然循环，把热量散发出去。 为控制变压器中的油料的数量，多数变压器都有一个由输油管连接油箱的储油柜。储油柜安装于油箱顶上，采用传输油管与油箱链接。为防止储油柜内油料较多，在油箱的下部安装有放油活门，可以排放变压器油；为防止储油柜内油料较少，在储油柜上部安装有加油栓，可以补充变压器油。 储油柜使油箱内部与外界空气隔绝，减少了油氧化及吸收水分的面积。储油柜内的油面高度利用热胀冷缩的原理被控制在一个规定高度内，当变压器内油温度升高后，受热膨胀，将变压器油压入储油柜中使油面升高，当温度降低时，遇冷收缩，变压器油又流回油箱中使油面降低。储油柜的一侧有油位计，可查看油面高度的变化。此外，为避免空气进入油箱中导致油质变坏，储油柜上还装有吸湿器，吸湿器主要作为一种空气过滤装置，外部空气需经吸湿器干燥后才能进入储油柜，这样就避免了空气对油料的污染。当运行中的变压器发生故障时，油箱内部会产生气体，我们将气体继电器安装在油箱与储油柜之间，气体继电器会自动动作使设定的开关自动跳闸切除变压器电源或发出某种故障信号提示工作人员尽快进行处理。变压器绕组的接线端子由绝缘套管从油箱内引到油箱外。变压器上像绝缘子一样的绝缘瓷套和它中间包住的导电杆就组成了变压器的绝缘套管。绝缘套管下部处于变压器的油箱中，而导电杆顶部通过设备线夹等连接材料与外部输电线路连接，在油箱内部的与绕组的连接。 2 化工厂变压器经济运行基本理论 变压器的容量、型号、接线组别、额定功率、额定电压等参数是我们利用公式进行分析计算变压器是否处于经济运行状态的基础数据。我们利用变压器在运行中的各项参数，通过对无功功率处损耗和有功功率损耗的计算，来比较变压器处于何种状态时它的总损耗较小，也就是能达到经济运行。变压器经济运行的基本计算式及其相关理论是研究变压器经济运行需要遵循的基础理论。同时电力输送过程中降低电网损耗的重要手段就是使变压器达到经济运行状态。所以，我们要以前人研究的理论成果结合变压器负载波动的数据以及变压器的综合功率损耗和综合损耗率为基础，对相关数据进行分析计算，来选取变压器的最经济运行模式。 2．1 经济运行应注意的问题 （1）变压器的经济运行必须以安全运行为基础，实际上二者是相辅相成的，这是因为能耗降低后，变压器的运行温度也随即降低，从而为其安全供电提供了保障。 （2）应控制反复操作开关的频率。如果确需通过切换开关来实现经济运行，应当在之前配置一个启动时间间隔较长且能够规律性操作的负载，或设计一个临界运行区域。 （3）在节电方面应当纠正错误的意识和行为。比如，人们通常认为“大马拉小车”会无端损耗30%-50%的电量，因此尽量选用小容量的变压器或减少配置的变压器数目，实际上这些做法不仅难以真正的节电，反而会增加用电量。 2．2 变压器的功率损耗 2．2．1 有功损耗 对于电力变压器来说，其有功损耗可分为两类，即铁耗与铜耗。前者俗称空载损耗，与铁心材料相关的涡流和磁滞损耗是其主要构成要素，可见负载大小不会对铁耗产生影响，若要降低铁耗应当选用低损耗的铁心。在变压器电力系统中，肌肤效应可使电流不均匀地分布于导线横截面上从而增加了电能损耗，这部分损耗与副绕组产生的直流电阻损耗是铜耗的主要构成要素，因此，若要降低铜耗必须控制负载的电流，这就是说变压器的运行电流一定不能超过其额定负载电流。有功功率损耗计算公式为： ΔＰ＝Ｐo＋β2Ｐk (1) 2．2．2 无功损耗 导致变压器产生无功损耗的因素主要有两个，即漏磁损耗和电流损耗，前者与负载电流之间为显著正相关关系，故控制负载电流即可减少漏磁损耗；后者与铁心的材质密切关联，因此在设计时务必在材质上选用低能耗的铁心。 2．2．3 变压器功率损耗的计算 变压器的综合功率损耗是指无功损耗与有功损耗之和，对于双绕组变压器来说，运用公式（2）可求其综合功率损耗： ΔＰz＝Ｐoz＋β2Ｐkz (2) 其中： ＰＯＺ＝ ＰＯ ＋ＫＱＱo β＝Ｓ／ＳＮ；ＰＫＺ＝ ＰＫ ＋ＫＱＱＫ 在以上几个公式中，——表示时间段； ——时间段内，变压器平均负载系数； ——空载损耗，以KW为计量单位； ——额定容量； ——空载综合损耗，其单位为KW； ——励磁功率； ——无功经济当量；其单位为KW／KVar； ——漏磁功率； ——负载损耗； ——时间段内，源自于变压器的视在功率，其单位为KVA。 2．3变压器综合功率经济负载系数 当变压器处于工作状态时，负载改变会致使其无功损耗与有功损耗呈非线性变化，与非线性曲线的最低点相对应的负载系数即为综合功率经济损耗系数，要想计算出该值，首先运用如下公式求出综合功率损耗率： (3) 将上式的极值求出，然后令 由此我们便可运用公式（4）求得经济负载系数： βjz=POZPKZ (4) 与经济负载系数相对的是最低综合功率损耗，根据公式（2）与公式（3）可绘制出电力变压器的负载特性曲线图，如下所示。 图1 变压器功率损耗及损耗率负载特性曲线图 2．4变压器并、解列的经济点计算 假如变压器的数目为个，且其型号与容量均具有同质性，若无论是启动了台还是台变压器，线路都产生了相同的损耗功率（负荷功率），该功率即为临界功率，相关推导公式如下所示。 ΔPZA=POZA+(SSN)2PKZA (5) ΔPZAB=POZAB+(S2SN)2PKZAB (6) 在以上两式中，对于变压器A来说，其综合功率额定负载损耗、综合功率损耗以及空载损耗分别以进行表示，对于变压器AB而言，其上述三种参数值分别为。 令 根据此算式，同时结合公式（5）与公式（6），可求得综合功率的临界负载功率，即： Scr=SNn（n-1）（POPK） (7) 在总负荷增加的状况下，若公式（6）成立，只需要将变压器的增加个数确定为1，此时；在总负荷减少的状况下，若公式（7）成立，只需要将变压器的减少个数确定为1，此时.根据公式（5）、（6）绘制出如下所示的特性曲线图。 图2 单台与两台变压器临界负载功率 3 河池化工厂运行状况调查 3.1化工厂结构及用电情况 河池化工厂的总面积与建筑物的占地面积分别为43170平米、10600平米。该厂除了建有办公楼之外，还配置了氨站、装置车间（内有聚磷酸铵、磷酸一铵等装置）、联合车间（内有磷酸、聚磷酸、五氧化二磷等装置）等15个区域，同时也建立了供配电系统，双回路架空供电线路（10kV）为外部引入电源。当前该企业内部的生产及生活使用设备的运行基本是通过用电力转换，电的消耗量大，全年用电超过200万kWh，花费160多万元。通过对化工厂近5年的能源采购数据分析，供电费用是化工厂能源费用大户，费用结构中占比突出，达到能源费用支出上的60%以上，2018年达到近70%。因此，降低电力供应费用，降低用电的占比结构，对节约整体能源费用能起着重要的效果。化工厂用电主要在生产类与非生产类两项，各单位用电量相对稳定，生产组织模式基本保持不变，设备布局没有变动时，整个公司的装机容量波动很小，因此，固定用电时间下的节能空间是很小的，要想在电费上进行节约，