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电气自动化毕业论文79497
南京工程高等职业学校
五年制高职毕业设计
姓名:
朱林童学号:
110114136
系部:
电子工程系
专业:
电气自动化
设计题目:
800KVA变压器的节能与研究
指导教师:
刘俊华职称:
2016年月日
摘要
在电力系统中,为了使电能传输范围及数量提高,变压器得到了广泛的使用。
然而,发电、输电、配电及用电各环节构成的电力系统中其变压过程,造成电力系统中总的变压器容量远远超过发电机的总容量,从而产生了而严重的损耗.因此,降低变压器的损耗,是一项长期的重要研究课题。
本文在综述了变压器的参数、功率损耗的基础上,对变压器技术参数存在的差异,变压器的有功率损耗和无功率损耗随着负载发生变化进行深入分析。
针对配电变压器负载波动大,长时间处于轻载和空载运行,损耗大的特点.详细的分析介绍了配电变压器的经济运行方式的选择,经济运行区间、变压器的负载调整以及变压器的负载经济分配问题。
关键词:
变压器经济运行节能分析
前言………………………………………………………………………………………1
1变压器损耗的原因………………………………………………………………………2
1。
1变压器的工作原理……………………………………………………………………2
1。
1.1变压器-—静止的电磁装置………………………………………………………2
1.1.2理想变压器…………………………………………………………………………3
1。
2变压器的结构简介……………………………………………………………………3
1.2.1铁芯…………………………………………………………………………………3
1。
2。
2绕组…………………………………………………………………………………3
1.3损耗……………………………………………………………………………………4
1。
3。
1变压器是物理学领域的概念………………………………………………………4
1.3。
2损耗产生的原因……………………………………………………………………4
1.3.3板牙器的损耗………………………………………………………………………4
2对800KVA变压器的节能与改造………………………………………………………5
2.1对800KVA变压器的介绍……………………………………………………………5
2。
1.1800KVA变压器构成的部件…………………………………………………………5
2.1。
2800KVA变压器使用条件……………………………………………………………6
2.1。
3800KVA变压器并列运行条件………………………………………………………6
2.1.4800KVA变压器套管的种类…………………………………………………………6
2。
1.5800KVA变压器交流耐压时试验电压测量方法……………………………………6
2.1。
6800KVA变压器连接组件……………………………………………………………6
2。
1。
7800KVA变压器额定升温……………………………………………………………6
2。
2800KVA变压器各组件的作用…………………………………………………………7
2。
3800KVA变压器节能与改造……………………………………………………………7
2.3。
180KVA经济手段……………………………………………………………………8
2。
3.2800KVA变压器技术手段……………………………………………………………8
2.3。
3按国际有关规定进行优化调试……………………………………………………9
2。
3。
4降低变压器短路事故………………………………………………………………9
3根据不同能耗选择变压器………………………………………………………………10
4电力能耗产生的影响………………………………………………………………………12
4。
1电器能耗引起的火灾…………………………………………………………………12
4。
2电气能耗的其他因素…………………………………………………………………14
5结论………………………………………………………………………………………15
致谢………………………………………………………………………………………16
参考文献…………………………………………………………………………………17
前言
我国是世界上能源消费增长最快的国家之一,同时也是能源紧缺的国家,节能是我国建设节约型社会的的一项必不可少的国策。
为了满足社会可持续发展和保护生态环境的需要,国家发改委已将变压器的节能列为重点推广.
变压器是输变电系统中的主要设备之一,尽管它的效率很高(大型变压器效率高于99。
5%,小型变压器也在98%以上),但是由于他的总容量大(一般情况下变压器的总容量为发电容量的5~7倍),再加上在输电系统中变换级次多,损耗可占线路总损耗的17%.中小型配电变压器虽然容量小,但数量多。
经调查和统计发现我国要求在短时间内,推广使用低耗能的变压器,改造高耗能变压器,这是节能挖潜、提高经济效益的有效途径。
近年来,国民经济的持续高速增长,尽管电力装机增长很快,但由于整个社会对能源需求的巨大增加,使得电力供需矛盾仍十分突出。
出现上述巨大缺口的原因,一方面与前几年电力装机滞后有关,但更重要的是与我国能源不足,结构不合理有着密切的关系。
要实现我国国民经济的高速可持续增长,能源的供需矛盾必将更为突出,能源已成了制约可持续发展的瓶颈之一。
今后,除了继续探索新能源的开发利用之外,大力节约能源也成了重中之重.
电力系统要把电能从发电站送到用户,至少需要4—5级变压器方可输送电能到抵押用电设备(380V/220V)。
虽然变压器本身效率很高,但是因为其数量太多、容量太大、总损耗仍很大。
据估计,我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右,如损耗每降低1%,每年可以节约上百亿度电,因此降低变压器损耗是势在必行的技能措施.
1变压器损耗的原因
1。
1变压器的工作原理
变压器-——利用电磁感应原理,从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件
1。
1。
1.变压器 --—— 静止的电磁装置
(1)变压器可将一种电压的交流电能变换为同频率的另一种电压的交流电能
(2)变压器的主要部件是一个铁心和套在铁心上的两个绕组。
变压器原理图
(3)与电源相连的线圈,接收交流电能,称为一次绕组
(4)与负载相连的线圈,送出交流电能,称为二次绕组
设
一次绕组的 二次绕组的 电压相量 U1 电压相量 U2 电流相量 I1 电流相量 I2 电动势相量 E1 电动势相量 E2 匝数 N1 匝数 N2 同时交链一次,二次绕组的磁通量的相量为 φm ,该磁通量称为主磁通。
1。
1。
2理想变压器
不计一次、二次绕组的电阻和铁耗,其间耦合系数 K=1 的变压器称之为理想变压器 ,描述理想变压器的电动势平衡方程式为:
e1(t) = —N1 d φ/dt
e2(t) = —N2 d φ/dt
若一次、二次绕组的电压、电动势的瞬时值均按正选规律变化,则有不计铁心损失,根据能量守恒原理可得。
由此得出一次、二次绕组电压和电流有效值得关系,令 K=N1/N2,称为匝比(亦称电压比)
1。
2变压器的结构简介
1。
2。
1。
铁心
铁心是变压器中主要的磁路部分。
通常由含硅量较高,厚度为 0。
35mm 或 0。
5 mm,表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。
铁心分为铁心柱和铁轭俩部分,铁心柱套有绕组;铁轭闭合磁路之用
铁心结构的基本形式有心式和壳式两种
1。
2.2.绕组
绕组是变压器的电路部分,
它是用纸包的绝缘扁线为圆线绕成
变压器的基本原理是电磁感应原理,现以单相双绕组变压器为例说明其基本工作原理(如上图):
当一次绕组绕组上加上电压ú1时,流过电流í1,在铁芯中就产生交变磁通?
1,这些磁通称为主磁通,在它作用下,两侧绕组分别感应电势é1,é2,感应电势公式为:
E=4.44fN?
m
式中:
E--感应电势有效值 f-—频率 N--匝数
?
m--主磁通最大值
由于二次绕组与一次绕组匝数不同,感应电势E1和E2大小也不同,当略去内阻抗压降后,电压ú1和ú2大小也就不同。
当变压器二次侧空载时,一次侧仅流过主磁通的电流(í0),这个电流称为激载电流。
当二次侧加负载流过负载电流í2时,也在铁芯中产生磁通,力图改变主磁通,但一次电压不变时,主磁通是不变的,一次侧就要流过两部分电流,一部分为激磁电流í0,一部分为用来平衡í2,所以这部分电流随着í2变化而变化。
当电流乘以匝数时,就是磁势。
上述的平衡作用实质上是磁势平衡作用,变压器就是通过磁势平衡作用实现了一、二次侧的能量传递。
1.3损耗
1。
3.1变压器损耗是现代物理学领域的概念,是指空载损耗P.和短路损耗Pk之和。
(1)空载损耗P.
当用额定电压施加于变压器的一个绕组上,而其余的绕组均为开路时,变压器所吸收的有功功率叫空载损耗。
(2)短路损耗Pk
对双绕组变压器来说,当以额定电流通过变压器的一个绕组,而另一个绕组短接时变压器所吸收的有功功率叫做变压器的短路损耗。
对于多绕组变压器,短路损耗是以指定的一对绕组为准.
1.3。
2变压器损耗产生的两大原因:
第一、绕制变压器时需要大量的铜线,这些铜导线存在着电阻,电流流过时电阻会消耗一定的功率,这部分损耗往往变成热量而消耗,这种损耗称为“铜损”.
第二、当变压器的初级绕组通电后,线圈所产生的磁通在铁芯流动,因为铁芯本身也是导体,在垂直于磁力线的平面上就会感应电势,这个电势在铁芯的断面上形成闭合回路并产生电流,称为“涡流”.这个“涡流”增加了变压器的损耗,导致变压器的铁芯发热,变压器的温升增加.由“涡流"所产生的损耗我们称为“铁损”。
所以变压器的温升主要由铁损和铜损产生的。
由于变压器存在着铁损与铜损,所以它的输出功率永远小于输入功率,用效率η表示输出功率与输入功率的关系:
η=输出功率/输入功率。
1.3。
3板牙器的损耗
板牙器的损耗包括负载损耗以及附加杂散损耗等。
空载损耗是指变压器二次侧开路、一次侧加额定频率与额定正弦波电压时变压器所汲取的功率。
国内外都很看重空载损耗PO值得下降,因变压器一旦投运,意念365天、一天24小时,时时刻刻都有损耗。
PO是一个不随负载变化、也不随时间变化的损耗之,即便变压器没有带负载,其PO损耗值是不变的.PO值每降低1KW,一年可以节省8760KWH(度)电费。
国际招标时,空载损耗1KW、折合6000美元.SC(B)10系列比现行国标(GB/T10288)空载损耗PO下降约30%.
因为空载损耗发生在铁芯中,故常称之为铁损。
显然,其损耗大小与铁磁材料性能有关,与铁芯迭片生产工艺过程有关,所以在铁芯生产工艺过程中,都要采取一系列措施,尽全力降低空载损耗:
选购优质高导磁的晶粒取向冷轧硅钢片,先进的硅钢片剪切线,45度全斜铁芯解封,阶梯步进迭片,合理的铁芯结构等先进工艺,计算及优化设计等等,使得我国新系列产品损耗值达到世界先进水平。
2对800KVA变压器的节能与改造
2.1对800KVA变压器的介绍
如下图所示的就是800KVA变压器,它在我们日常生活或者公司单位,以及我们学校实验室中都是必不可少的,不过随着我们对用电的需求日益增长,同时也要提出节约能源这个话题,并且减少一些无功率的损耗做出一点改良,使得我们的用电生活更加舒适.
2.1.1800KVA变压器构成的主要部件
首先,介绍一下800KVA变压器有哪些零件组成。
(1)铁芯:
构成闭合磁路,系0。
35硅钢片叠成;
(2)线圈
(3)净油器
(4)油枕:
储油柜、容量为油箱容积8—10%
(5)防爆管:
采用压力释放阀
(6)油箱:
平顶、钟罩式
(7)变压器油
(8)套管
(9)冷却装置
(10)温度计
(11)吸湿器
(12)分接开关:
有载、无载
(13)绝缘材料:
分内绝缘、外绝缘、主绝缘、纵绝缘
(14)气体继电器
2.1.2800KVA变压器使用条件
(1)最高环境温度:
+40摄氏度
(2)最低环境温度:
-25摄氏度
(3)海拔高度:
<1000m
(4)最高月平均相对湿度:
90%(20摄氏度)
(5)安装地点:
安装在没有火灾、爆炸危险、严重污秽、化学腐蚀剂剧烈振动的场所,户内或户外。
2.1。
3800KVA变压器并列运行条件
(1)联结组别相同
(2)电压比相等,允许插值范围为正负5%
(3)短路阻抗相等,允许插值范围为正负10%
2。
1.4800KVA变压器套管的种类
分为有电容型和兆电容型两种
(1)电容型:
油低电容型、胶低电容型、气体电容型、平式电容型
(2)非电容型:
充油型、充胶型、胶低型
2。
1。
5800KVA变压器交流耐压时试验电压的测量方法
(1)在实验变压器低压测量
(2)用电压互感器测
(3)用高压静电电压测量
(4)用球间隙测量
(5)用电容分压器测量
2。
1.6800KVA变压器连接组别
S7—800KVA变压器是采用Yyn0和Dyn11联结特点。
2.1。
7800KVA变压器额定温升
变压器的额定温升是以环境温度为正负40摄氏度参考,规定在运行中允许变压器的温度超出参考温度的最大温升。
国家规定,绕组的温升限值为65摄氏度,上层油面的温升值为55摄氏度,以确保变压器上层油温不超过95摄氏度并正常运行.
指变压器的损耗最小,效率最高运行方式.因变压器的铜损与铁损相等时,变压器的效率达到最大值,通常与此作为变压器经济运行的依据。
2.2800KVA变压器各个组件的作用
(1)铁芯:
变压器的铁芯是磁力线的通路,起集中和加强的作用,同时用以支持绕组。
(2)绕组:
变压器的绕组是电流的通路,靠绕组通入电流,并借电磁感应作用产生感应电动势.
(3)油箱:
油箱是油浸式变压器的外壳,变压器主体放在油箱中,箱内充满变压器油。
(4)油枕:
油枕也叫辅助油箱,它是由钢板做成的圆筒形容器,水平安装在变压器油箱盖上,用弯曲联管与油箱连接,油枕的一端有油位指示计,油枕的容积一般为变压器所装油体积的8%~10%.其作用是变压器内部充满油,而由于油枕内油位在一定限度,当又在不同温度下膨胀和收缩时有回旋的余地,并且油枕内空余的位置小,使油和空气接触的少,减少了油受潮和氧化的可能性,另外,储油柜内的油比油箱上部的油温度低很多,几乎不和油箱内的油对流。
在油枕和油箱的连接管上装有瓦斯继电器,来反映变压器的内部故障。
(5)呼吸器:
呼吸器内装有干燥剂即硅胶,用来吸收空气中的水分.
(6)防爆管:
防爆管安装在变压器的油箱盖上.防爆管的顶端有一个玻璃片,当变压器内部发生故障,产生高压,油里面的气体便冲破玻璃片排到油箱外,释放压力,从而保护变压器油箱不被破坏。
(7)温度计:
温度计安装在油箱盖上的测温桶内,用来测量油箱内的上层油温。
(8)套管:
套管是将变压器高、低压绕组的引线引到油箱外部的绝缘装置。
它既是引线对地(外壳)的绝缘,又担负着固定引线的作用。
(9)冷却装置:
冷却装置是将变压器在运行中产生的热量散发出去的设备。
(10)净油器:
又称温差滤过器。
它的主要部分是用钢板焊成的圆筒形净油罐,安装在变压器油箱的一侧,罐内充满硅胶、活性氧化铝等吸附剂。
在运行中,由于上层油和下层油之间的温差,于是变压器油从上向下流动经过净油器形成对流,油与吸附剂接触,其中的水分、酸和氧化物等被吸收,使油得到净化。
延长油的使用期限.强油循环变压器的净油器是靠油流压差使变压器油流经净油泵,达到净化的目的。
2。
3800KVA变压器的节能与改造
随着电力变压器容量的加大,大电流下的漏磁通在结构件上的发热故障问题也越来越突出,如果不给于足够的重视并且妥善的解决,大容量变压器的安全运行将会受到影响。
电力变压器二次侧出线套管之间的油箱盖板由于大电流漏磁通引起的涡流发热故障,作为结构上漏磁发热故障的一种,如果不采取保护措施也会影响变压器的安全运行。
对于电力变压器的生产制造行业来说,一般容量在630KVA电流在800A以上的变压器对大电流引出线漏磁发热问题均有一定的处理方法,而在此范围以下,则被认为引线电流在想该处引发的涡流发热和散热处理平衡状态,因而低压侧箱盖处不做过多的处理,但是实际情况却并非如此。
以下是对变压器的节能和改造方法:
2。
3。
1经济手段
(1)树立现代设备耗能观念,加强设备更新。
现代化耗能设备管理的决策要求人们必须从产品经济管转变为商品经济观念。
耗能设备管理的科学理论的主要基础是从经济寿命观念出发,把产品经济的物质磨损观念转变为科学技术磨损观念。
耗能设备的经济寿命系指耗能设备在制造过程中,不仅考虑设备的物质磨损,更主要的是按技术磨损确定设备的使用年限,其技术性能和经济效益比原来的设备继续使用有优越时,就应该按技术磨损进行决策,更新设备。
(2)实施分时电价的措施。
随着经济的发展,用电结构也发生了变化,加之传统用电习惯,使用电负荷的峰谷差别加大。
在高峰时段变压器负荷成倍增加,而下半夜的用电负荷锐减,冲击变压器运行的平稳性,导致变压器的效率下降。
为了提高变压器的磨损。
其经济手段就是全面推行峰谷分时电价,对生产用户安装付费率电表.
(3)根据功率因数进行电费合理调节。
提高用户变压器及用电设备的功率因数,减少变压器的磨损,供电部门要对用户进行考核,实行调整电费。
按规定:
对用户变压器容量进行考核,要安装有功电能表和无功电能表。
每月抄录用户的有功电表与无功电表,计算其功率因数,按其差额加收无功补罚电费,差额越大,补罚电费越多.用户因用电过低,每月需要增加支付大量电费。
通过经济杠杆,使用户在支付补罚电费中,权衡经济利益,采用无功就地补偿的措施,从而提高功率因数.
2。
3。
2技术手段
合理选配变压器的容量,从理论上讲,要使变压器发挥最大功率,应使平均负荷率为额定容量50%—75%。
但因为变压器本身的负载及功率是因数变化的,且有超载运行的可能性,所以不必按最大效率的准则来选择变压器的容量。
如果变压器容量选的过大,出现“大马拉小车”的现象,空载损耗会大大增大;变压器容量选的过小,变压器负载过大,甚至过负荷,使变压器负载损耗增大。
通常工厂及民用等用电设备,其负荷是变动的,每天都有所不同。
选择容量的计算方法如下:
(1)计算负荷量及功率因数,在待选的系列变压器中选择多种容量(即不同规格)的变压器,以供作待选变压器(其额定容量应大于负荷的最大视在功率).
(2)计算出各种容量变压器与负荷对应的负载率。
(3)根据上述值以及各种容量变压器的空载损耗和短路损耗计算出每台变压器运行时的损耗约功率(一般情况下宜选用效率高的)。
(4)具体确定变压器容量是,既要考虑变压器的损耗,又要考虑适当提高变压器的容量利用率.此外,如果负荷是季节性或夜间停止使用的,变压器的负荷可能仅占其容量的40%以下,此时就要考虑到符合降低情况下变压器的运行效率.因为变压器的空载损耗与负载无关,其功率损耗是一定的,且变压器轻载时损耗也相当大。
所以,从节电角度出发是不能忽视的.因此,这种情况下使用单台大容量的变压器,不如使用多太小容量变压器,以提高其运行效率。
总的来说变压器节能改造的具体方法包括:
降容、保容、增容和调容4种方法。
(5)绕组改制法:
改高、抵押绕组降容法;改高、低压绕组调容法;改高、低压绕组保容法;改高、低压绕组质量法;改高、低压绕组增容法。
(6)铁芯改制法:
调换全部铁芯法;调换部分柱芯法;调换全部轭铁法;调换部分轭铁法;增减芯柱级数法;增减芯柱直径法;单片重叠铁芯法;铁芯硅钢片重叠法;铁芯硅钢片重新绝缘法.
(7)绕组、铁芯全改法;全改绕组、铁芯增容法;全改绕组、铁芯保容法;全改绕组、铁芯降容法。
2。
3。
3按国际按有关规定要求进行优化调试
(1)变压器的空载损耗比改之前降低45%~55%,优于JBI300—73标准(冷轧硅钢片);
(2)空载电流比改之前降低70%左右;
(3)空载短路损耗符合国标或者有关规定;
(4)阻抗压降控制在3。
6%~5.5%(3~10KV,30~1600KVA)、6%~7。
7%(35KV、50~1600KVA)。
2。
3.4降低变压器短路事故
(1)电磁计算,在保证性能指标、温度限制的前提下,综合考虑短路时的动态过程。
从保证绕组稳定,合理选择撑条数、导线宽度以及导线许应力的控制值,在进行安匝平衡排列时根据额定分接和各级限分接情况整体优化,尽量减小平衡安匝。
考虑到作用在内绕组上的轴向内力约为外绕组的两倍,因此尽可能使作用在内绕组上的轴外力方向与轴向力方向相反。
(2)绕组结构方面,绕组是产生电动力又直接承受电动力的结构部件,要保证绕组在短路时的稳定性,就要针对其受力情况,使绕组在各个方向有牢固的支撑.具体做法如在内绕组内侧设置绝缘筒,绕组外侧设置外撑条,并保证外撑条可靠地压在线段上。
对单螺旋低压绕组首末端端平一匝以减少端部漏磁场畸变。
对等效轴向电流大的低压和调压绕组,针对其相应的电动力,采取特殊措施固定绕组出头,并在出头位置和换位处采用适形的垫块,以保证绕组稳定性。
(3)器身结构方面,器身绝缘是电动力传递的中介,要保证在电动力作用下,各个方面均有牢固的支撑和减小相关部件受力时的压强。
在设计时采用整体相套装结构,内绕组硬绝缘筒与铁心柱间用撑板撑紧,以保证内绕组上承受的压应力均匀传递到铁心柱上,合理布置压钉位置和选择压钉数量,并设计副压板,以减小压钉作用到绝缘压板上的压强和压板的剪切应力.
(4)铁芯结构方面,轴向电动力最终作用在铁芯框架结构上。
如果铁芯固定框架出现局部结构失稳和变形,将导致绕组失稳而变形损坏。
因此设计铁芯各部分结构,强度要留有充分的裕度,各部件间尽量采用无间隙配合和互锁结构,是变压器器身成为一个坚固的整体。
3根据不同能耗选择变压器
在变换变压器以及传递功率的过程中,变压器自身将会产生有功功率损耗和无功功率损耗。
其损耗与变压器的技术特性有关,同时又随着负载的变化而产生非线性的变化。
因此,必须根据有关技术参数,通过合理地选择变压器型号、运行方式,加强变压器的运行管理,充分利用现有的设备条件,以达到节约电能的目的。
SN9系列农用变压器是由吉林省电力科学研究院与吉林省电力有限公司农电部等单位联合开发研制的节能型变压器产品。
该产品适合低负载率地区使用,其最大的特点是:
在于S9型变压器制造成本基本相同条件下,用于负载小于50%的地区,可减少运行损耗.经计算当负载率为20%时,SN9—50/10的变压器比9—50/10变压器总运行损耗降低15.3%左右.目前吉林省农村电网建设与改造工程中已广泛使用(如图所示)
充分考虑农村电网负载率:
我国乡镇企业较发达的地区,年负载率最大也不会超过20%,一般年负载率在10%~15%;我国农业地区,年负载率也不会超过9%,一般年负载率在5%左右。
考虑到发展的因素,我国农村电网的负载率在相当长的一段时间内不超过25%。
因此,农村变压器技术条件的编制、系列设计、技术经济分析等,均采用20%进行计算的。
为我国农村电网的负载的发展留有足
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