變壓器功率、經濟運行及節能措施，你不知道的那些事兒！

最近一個朋友問了一個高中物理的電學問題，簡單的基礎理論問題，

變壓器負載變化，一次側電壓、電流、功率和二次側電壓、電流和功率如何變化？

變壓器的電壓很簡單，U1/U2=n1/n2；變壓器一次側和二次側繞組的匝數決定了一次側和二次側電壓的關系，所以不管負載如何變化，一次側和二次側的電壓都是保持不變的；也就是說一次側的電壓和變比決定了二次側的電壓，跟負載沒有關系。

但是變壓器的功率和電流實際上都是由二次側即負載端決定的，即“量出而進”也就是說功率和電流根據負載端的需要，原線圈的功率和電流而變化。

比如，變壓器二次側負載增大：

一是可以理解為用電器功率變大，電壓由匝數決定不變，根據公式I=P/U，二次側電流自然會變大。

二是可以理解為有用電器個數增多，變壓器負載端都是并聯的，支路數增多，每個支路的都是獨立的，支路電流不變，干路電流必增大。

那么由于I1/I2=n2/n1是固定的，負載增加時二次側電流變大，功率也即變大，一次電流也一定是變大的， 一次側功率也變大，保持變壓器一二次側功率平衡。

那既然變壓器的功率和電流都是由二次側即負載端決定的，那是不是可以無限增加負載來增加變壓器的容量的哪，顯然是不可以的，高中階段在考慮基礎理論知識的時候并沒有涉及到實際情況 ，考慮的是一個無限大的系統，實際上一個是變壓器本身也是一個用電設備，它自身也是有一定的損耗的；

另一個是變壓器的額定容量在生產制造的時候已經確定了，使用的時候二次側的負載增加是不允許超過變壓器的額定容量的，二次側負載只能在額定容量以內增加或者減少。

變壓器的額定容量：

變壓器的額定容量是指變壓器能夠承受的最大負載容量，通常以千伏安（kVA）為單位，變壓器的額定容量是設計和制造過程中最重要的參數之一，這直接影響變壓品質性能和使用壽命。在使用變壓器時，必須確保負載不超過變壓器的額定容量，并定期檢查和維護變壓器，以確保其正常運行和延長使用壽命。

變壓器的額定容量是由變壓器的設計和制造過程中的多個因素決定的。其中最重要的因素是變壓器的鐵芯和線圈的尺寸和材料。鐵芯的材料決定了變壓器的磁通密度和磁阻，而線圈的尺寸和材料則決定了變壓器的電阻和電感。

變壓器的額定容量還受到變壓器的冷卻方式和環境溫度的影響。變壓器的冷卻方式通常分為自然冷卻和強制冷卻兩種。自然冷卻的變壓器通常適用于低功率和低頻率的應用，而強制冷卻的變壓器則適合于高功率和高頻率的應用。環境溫度也會影響變壓器的額定容量，因為高溫會導致變壓器的線圈和絕緣材料老化和損壞。

變壓器的額定容量對于變壓品質使用和維護非常重要，如果變壓器的負載超過了額定容量，就會導致 變壓器過熱和損壞。因此，在使用變壓器時，必須確保負載不超過變壓器的額定容量 。

變壓器的經濟運行：

變壓器在變壓和傳遞電功率時，自身要產生有功損耗和無功損耗，所以變壓器本身也是有耗能的用電設備。變壓器的經濟運行對節能降耗，達到國家“十一五”規劃綱要提出的目標，意義十分重大。變壓器經濟運行是指在傳輸電量相同的條件下，通過擇優選取最佳運行方式和調整負載，使變壓器電能損失最低。

換言之，經濟運行就是充分發揮變壓器效能，合理地選擇運行方式，從而降低用電損耗。所以，變壓器經濟運行無需投資，只要加強供、用電科學管理，即可達到節電和提高功率因數的目的。

1、變壓器經濟運行節能措施 1．1 合理選擇變壓器容量

變壓器作為一種靜止的電氣設備，由于沒有機械方面的損失，所以它的效率是比較高的，一般在額定狀況下均達96％以上。但是這樣一個高的效率并不是在任何情況下都能獲得的，它是由變壓器的負載率決定的。變壓器的實際運行狀態按負載率大致可以分為三個區域一個點。

三個區域：

1)最佳經濟運行區(最佳區)：它的范圍一般在額定負載的25％―75％之間，在此區間效率較高。

2)經濟運行區(經濟區)：它的范圍一般在額定負載的15％―100％之間，在此區間效率尚可。

3)最劣運行區(非經濟運行區，過去俗稱的“大馬拉小車”區)：它的范圍一般在10％―20％以下，在此區間效率低。

一個點:

變壓器功率損耗最低點，或稱效率最高點，它位于最佳經濟運行區內，一般在額定負載的40％左右。實際負載率在最佳區內從兩邊越靠近綜合功率經濟區負載系數點，效率越高。以上三個區域一個點各自對應的實際效率是多少，只需通過某些計算即可獲得。

如何使變壓器運行在其最佳區內或功率損耗最低點附近，發揮出實際的高效率，才是我們關心和追求的，由于負載率直接與變壓器額定容量有關，于是對變壓器本身的額定容量就有了一個選擇要求。

1．1．1 無功經濟當量的引入

為了計算設備的無功損耗在電力系統中引起的有功損耗增加量，特引入一個換算系數，即無功功率經濟當量，它表示電力系統中每減少l kvar的無功功率，相當于電力系統所減少的有功功率損耗kW數，其符號為Kq。對工廠變配電所來說，無功功率經濟當量Kq=0.02～0.15(平均取K。=0.1)

1．1．2 一臺變壓器經濟運行的負荷率

變壓器的損耗包括有功損耗和無功損耗兩部分，而其無功損耗對電力系統來說，通過Kq換算后等效為有功損耗。因此變壓器的有功損耗加上變壓器無功損耗所換算的等效有功損耗，就稱為變壓器有功損耗換算值。一臺變壓器在負荷為S時的有功損耗換算值為

P1≈Po+Kq×Qo+(PK+Kq×QN)(S／SN)2 (1)

式中：PT――變壓器的有功損耗

QT――變壓器的無功損耗

P。――變壓器的空載損耗

PK――變壓器的短路損耗

Q。――變壓器空載時的無功損耗

QN――變壓器額定負荷時的無功損耗增量

SN――變壓器的額定容量

其中：Q0≈SN×Io％／100 (2)

式中Io％――變壓器空載電流占額定電流的百分值

QN≈SN×Uk％／100(3)

式中UK％――變壓器的短路電壓(阻抗電壓UZ)占額定電壓的百分值

要使變壓器運行在經濟負荷Sec下，就必須滿足變壓器單位容量的有功損耗換算值P／S為最小值的條件。因此令d(P／S)／dS＝0，可得變壓器的經濟負荷為

Sec=SnP0+KqQ0

Pk+KqQN （4）

變壓器的經濟負荷率或經濟負荷系數為

kec = P0+KqQ0

Pk+KqQN （5）

一般電力變壓器的經濟負荷率為40％左右。

1．2 選用節能型變壓器，

Sl0，S11系列35kV的電力變壓器是我國目前生產的低損耗產品，其損耗值與S7系列對比空載損耗可降低15％，負載損耗可降低30％。節能效果較為顯著，具有重量輕、體積小、損耗低、空載電流小、噪聲低、抗短路能力強、節能效果明顯等優點。

1．3 采用無功補償設備提高功率因數

不同的功率因數引起的變壓器有功和無功消耗不同，即隨著功率因數的提高，變壓器的有功和無功消耗都要下降。功率因數穩定在一個合理的較高值已是電力系統的一項極為重要的節電措施。

因此采用提高功率因數和降低變壓器運行溫度的措施，可使變壓器運行在最佳工作狀況或接近這個狀況。當功率因數達不到規定值的要求時(一般規定功率因數不得低于0．9)應采用無功補償設備，提高功率因數。

1．4 擇優汰劣達到節能目的。

變壓器不是損壞后才更新，而是老化到一定程度，還要有一定剩值時就可以更新。一般為20年。比如某變電站淘汰低效高耗能變壓器選用高效節能型變壓器后，年節約有功電量3241．2kWh，無功電量39244．8kVARh，綜合電量5606．4kWh。

1．5 避免空載運行。

對長期處于空載的變壓器及時停止運行，降低線損也比較明顯。比如一臺35kV1600kVA變壓器的空載損耗為2095W，停運一天降低的電量損耗為50．28kWh，一個月可降低的電量損耗為150．84kWh。

1．6 降低變壓器的溫度。

變壓器繞組的電阻隨著溫度增高而增大。對同一臺變壓器在同一負載下，如果溫度越低，損耗也越低。因此，應作好變壓器散熱，降低變壓器的溫度。

2、變壓器經濟運行的節能效果分析

比如某單位通過設備改造，用S10型節能變壓器替代老型號SZL7型變壓器，容量由2500KVA變為1600KVA。S10型變壓器空載損耗為2095W，SZL7型變壓器的空載損耗為3900W，替代后僅在鐵損(空載損耗)方面一年就節電(3900一2095)W×8760=16687．8 kW?h，相當可觀。

變壓器經濟運行不僅取決于運行方式，同時更取決于變壓器的制造水平。變壓器經濟運行應用范圍很廣，節電效果很明顯，方法也很多。

1. 充分利用現有設備條件，通過詳細分析和嚴密計算，選擇技術參數好的變壓器和經濟運行方式運行；

2. 通過加強供電的科學管理來實現變壓器的經濟運行；

3. 擇優汰劣，選用節能型變壓器可較大幅度降低電能損耗。

來源：網絡

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