蔡曉丹

（天津市聯(lián)合環(huán)保工程設(shè)計(jì)有限公司 天津 300191）

1 引言

變電站作為電力系統(tǒng)中變換電壓、接受和分配電能、控制電力的流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過變壓器將各級電壓的電網(wǎng)聯(lián)系起來，是保證日常生活、生產(chǎn)的重要樞紐。在固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能報告分析中，電網(wǎng)損耗通?？紤]變電站內(nèi)變壓器損耗及輸配電線路損耗，節(jié)能報告總應(yīng)對此部分能耗進(jìn)行計(jì)算并計(jì)入項(xiàng)目綜合能耗中。

2 工程概況

以110kV變電站工程為例，選用2臺SZ11-50000/110/10kV變壓器，可通過變壓器產(chǎn)品查得以下參數(shù)：空載損耗ΔP0、負(fù)載損耗ΔPk，變壓器空載電流占額定電流的百分?jǐn)?shù)I0%、變壓器高低繞組間的短路電壓比uk%、變壓器的額定容量SN；由項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中可得知變壓器設(shè)計(jì)負(fù)荷Sc。

110kV電纜進(jìn)線2回，110kV側(cè)為單母線兩分段接線；10kV采用單母線分段接線，二段母線出線回路分別是6/6回，共計(jì)出線12回，10側(cè)以YJV22-8.7/15-3×240雙根電纜引出站。由設(shè)計(jì)方案及電纜參數(shù)中可得知電纜總長度l、設(shè)計(jì)相電流Ic、電纜直徑d、電纜主線芯的絕緣厚度δ、線芯半徑r0、導(dǎo)線實(shí)際工作溫度θ。

3 變壓器損耗計(jì)算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》[1]中雙繞組變壓器的有功及無功功率損耗計(jì)算公式：

以上工中ΔPT—變壓器中的無功功率損耗，kW；

ΔQT—變壓器中的無功功率損耗，kvar；

Sc—變壓器計(jì)算負(fù)荷，kVA；

SN—變壓器額定容量，kVA；

ΔP0—變壓器空載有功損耗，kW；

ΔPk—變壓器短路有功損耗，kW；

ΔQ0—變壓器空載無功損耗，kvar；

ΔQk—變壓器短路無功損耗，kvar；

I0%—變壓器空載電流百分?jǐn)?shù)；

uk%—變壓器阻抗電壓占額定電壓的百分?jǐn)?shù)。

ΔP0、ΔPk、I0%、uk%均可由變壓器產(chǎn)品樣本中查得。

由于在項(xiàng)目節(jié)能報告編制過程中，接觸較多的是雙繞組變壓器，因此以雙繞組變壓器功率損耗計(jì)算公式為例。三繞組降壓變壓器的功率損耗應(yīng)將三個繞組分開計(jì)算，具體公式可詳見《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》。

根據(jù)《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》GB/T13462-2008[2]，變壓器綜合功率損耗之和，即 ΔPZ=ΔPT+KQΔQT，式中 KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，可根據(jù)下表進(jìn)行選取。

B.2查表法

當(dāng)變壓器連接系統(tǒng)的電阻R值無法取得時，即不能用式（B.10）進(jìn)行無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ計(jì)算時，可按變壓器在電網(wǎng)中的受電位置（變壓次數(shù)）及功率因數(shù)查表B.1取得無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ值。

表B.1 無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量

則雙繞組變壓器年電能損耗計(jì)算公式為：

4 線路損耗計(jì)算

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》中三相線路有功及無功功率損耗計(jì)算公式為：

以上式中ΔPL—三相線路中有功功率損耗，kW；

ΔQL—三相線路中無功功率損耗，kvar；

R—每相線路電阻，Ω；

X—每相線路電抗，Ω；

l—線路計(jì)算長度，km；

Ic—計(jì)算相電流，A；

r、x—線路單位長度的交流電阻及電抗，Ω/km。

10kV和35、110kV電纜和架空線的每千米有功功率損耗曲線，可見《工業(yè)與電用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》中圖1.10-1~圖1.10-6.這些曲線是按導(dǎo)線溫度20℃計(jì)算的，其他溫度的功率損耗應(yīng)為20℃計(jì)算的，其他溫度的功率損耗應(yīng)為20℃數(shù)據(jù)乘以表1.10-1的溫度校正系數(shù)。

在項(xiàng)目節(jié)能報告編制中常遇到的10kV側(cè)電纜有功功率損耗可按上述曲線查r、x計(jì)算公式如下：

式中：Rθ—導(dǎo)線溫度為θ℃時的直流電阻值，Ω；

Kjf—集膚效應(yīng)系數(shù)；

Klj—臨近效應(yīng)系數(shù)，取1.03；r0—線芯半徑，cm；

σ—電流透入深度，cm；

ρθ—導(dǎo)線溫度為θ℃時的電阻率，Ω·cm；

υ—相對導(dǎo)磁率，對于有色金屬導(dǎo)線為1；

f—頻率，Hz；

L—線路長度，m；

A—導(dǎo)線截面，mm2；

ρ20—導(dǎo)線溫度為20℃時的電阻率，綠線芯（包括鋁電線、鋁電纜、硬鋁母線）為 2.82×10-6Ω·cm，銅線芯（包括銅電線、鋁電線、硬銅母線）為 1.72×10-6Ω·cm；

cj—絞入系數(shù)，單股導(dǎo)線為1，多股導(dǎo)線為1.02；

α—電阻溫度系數(shù)，鋁和銅都取0.004；

θ—導(dǎo)線實(shí)際工作溫度，℃；

將公式8-公式11代入公式7可推導(dǎo)得出：

式中：Dj—幾何均距，cm，對于圓形線芯的電纜為d+2δ，d為線芯的直徑、δ為電纜主線芯的絕緣厚度，cm；

Dz—線芯自集合均距或等效半徑，cm，對于圓形截面線芯的電線、電纜取0.389d；

f—頻率，Hz。

當(dāng)f=50Hz時，公式13可簡化為：

公式 12 中 r0、L、A、θ、f及公式 14 中 d、δ 可由實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案中獲得。將公式13和公式15分別代入公式4和公式6中，即可求得 ΔPL和 ΔQL。

根據(jù)視在功率S、有功功率P和無功功率Q之間的三角函數(shù)關(guān)系，且低壓電網(wǎng)無功補(bǔ)償一般達(dá)到0.9，可得出無功功率Q=0.11P，即線路綜合功率損耗ΔPZL為：

結(jié)語

通過上述計(jì)算公式推導(dǎo)可以得出，影響變壓器功率損耗的主要因素為變壓器空載損耗和負(fù)載損耗，影響線路損耗的主要因素可直觀的認(rèn)為是線路長度及線芯半徑。因此為降低電網(wǎng)輸配電損耗，變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗應(yīng)滿足《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》GB6451-2008和《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》GB20052-2013的相應(yīng)要求；配電線路盡可能縮短供電半徑并選用輸電效率高的電纜電芯。

[1]《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊（第四版）》[S].2016，中國電力出版社，25-33.

[2]《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》GB/T13462-2008[S].2008，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局／中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，12-13.