[科普中国]-变压器负载率

变压器的平均负载率定义为：一定时间内，变压器平均输出的视在功率与变压器额定容量之比。将负载曲线的平均负载系数乘以一个大于1的倍数，负载曲线的平均负载系数越高。

低损耗变压器铁芯损耗的控制变压器损耗中的空载损耗，即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗。1

最早用于变压器铁芯的材料是易于磁化和退磁的软熟铁，为了克服磁回路中由周期性磁化所产生的磁阻损失和铁芯由于受交变磁通切割而产生的涡流，变压器铁芯是由铁线束制成，而不是由整块铁构成。

1900年左右，经研究发现铁中加入少量的硅或铝可大大降低磁路损耗，增大导磁率，且使电阻率增大，涡流损耗降低。经多次改进，用0.35mm厚的硅钢片来代替铁线制作变压器铁芯。1

1903来世界各国都在积极研究生产节能材料，变压器的铁芯材料已发展到最新的节能材料——非晶态磁性材料如2605S2，非晶合金铁芯变压器便应运而生。使用2605S2制作的变压器，其铁损仅为硅钢变压器的1/5，铁损大幅度降低。1

变压器系列的节能效果上述非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的1/5，且全密封免维护，运行费用极低。1

我国S7系列变压器是1980年后推出的变压器，其效率较SJ、SJL、SL、SL1系列的变压器高，其负载损耗也较高。1

80年代中期又设计生产出S9系列变压器，其价格较S7系列平均高出20%，空载损耗较S7系列平均降低8%，负载损耗平均降低24%，并且国家已明令在1998年底前淘汰S7、SL7系列，推广应用S9系列。1

S11是推广应用的低损耗变压器。S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构。硅钢片连续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60～80，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20～35。运行时的噪音水平降低到30～45dB，保护了环境。1

非晶合金铁心的S11系列配电变压器系列的空载损耗较S9系列降低75%左右，但其价格仅比S9系列平均高出30%，其负载损耗与S9系列变压器相等。1

选择与负载曲线相匹配的变压器案例分析：配电变压器的容量选择2

A、按变压器效率最高时的负荷率βM来选择容量

当建筑物的计算负荷确定后，配电变压器的总装机容量为：2

S=Pjs/βb×cosφ2(KVA)(1)

式中Pjs ——建筑物的有功计算负荷KW；

cosφ2——补偿后的平均功率因数，不小于0.9；2

βb——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βb。

我们知道，当变压器的负荷率为：2

βb=βm=（1/R）1/2时效率最高。(2)

R=PKH/Po（即变压器损耗比）

式中Po——变压器的空载损耗；2

PKH——变压器的额定负载损耗，或称铜损、短路损耗。

以国产SGL型电力变压器为例，其最佳负荷率计算如下：2

国产SGL型电力变压器最佳负荷率βm 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、133002

损耗比R：2.62、2.69、3.13、3.20、3.28、3.37

最佳负荷率βm：61.8、61.0、56.6、55.2、55.2、54.52

如果以βm来计算变压器容量，必将造成容量过大，使用户初期投资大量增加。其原因Pjs是30分钟平均最大负荷P30的统计值，例如民用建筑的用电大部分时间实际负荷均小于计算负荷Pjs，如果按βm计算变压器容量则不可能使变压器运行在最高效率βm上，这样不仅不能节约电能且运行在低β值上，则消耗更多的电能，因此按变压器的最佳负荷率βm来计算变压器的容量是不合理的。2

B、按变压器的年有功电能损耗率最小时的节能负荷率βj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。2

变压器的年有功电能损耗可按下式估算

△Wb=PoTb PKH(Sjs/S2e)²τ=PoTb PKHβ²τ(3)

式中β——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2

Tb——变压器年投运时间

τ——年最大负荷损耗时间，可由年最大负荷利用时数Tm查Tm-τ关系曲线。

用户电力负荷消耗的年有功能为：2

W=βSebcosφTm(4)

则变压器的年有功电能消耗率为：

△W=△Wb/W=（PoTb PKHβ²τ）/βSebcosφTm(5)

令d△Wdβ=02

求出变压器年有功电能损耗率最小时的节能负荷率βj；

βj=（PoTb/PKHτ）1/2=（Tb/τ）1/2*βM(6)

即配电变压器按照节能负荷率βj计算容量时，其年有功电能损耗率最小。2

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，τ越低βj越高。然而由于Tm值及Tm值所对应的τ值，对于高层民用建筑还没有这方面的统计资料，可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，τ值在2300-4500范围内选取，因此βj=(1.3-1.8)βM。从表(1)干式变压器的最佳负荷率βM值，可求出节能负荷率βj。2

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βj=0.85-0.98；

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βj=0.71-0.85。2

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。2

C、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βj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β 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。2

对同一变压器，在某一负荷率β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=（PoTb PKHβ2jτ）/βjSebcosφTm(7)

用(5)式的两边除以(7)式的两边，并用(6)式代入，整理后得：2

△W/△Wj=1/2（β/βj βj/β）(8)

上式为变压器运行在某一负荷率β时的年有功电能损耗率相对于运行在节能负荷率βj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。2

该式中当β=βj时，△W/△Wj=1，当β>βj或β