变压器负载率数值结论

①负载曲线的平均负载系数越高，为达到损耗电能越小，要选用损耗比越小的变压器;负载曲线的平均负载系数越低，为达到损耗电能越小，要选用损耗比越大的变压器。

②将负载曲线的平均负载系数乘以一个大于1的倍数，通常可取1-1.3，作为获得最佳效率的负载系数，然后按βb=(1/R)1/2计算变压器应具备的损耗比。

③对于实际负载，变压器本身应具有较佳的损耗比，而且总损耗最小，即空载损耗与负载损耗之和要尽可能地小。

(1)有功损耗:ΔP=P0+KTβ2PK-------(1)

(2)无功损耗:ΔQ=Q0+KTβ2QK-------(2)

(3)综合功率损耗:ΔPZ=ΔP+KQΔQ----(3)

Q0≈I0%SN，QK≈UK%SN

式中:Q0--空载无功损耗(kvar)

P0--空载损耗(kW)

PK--额定负载损耗(kW)

SN--变压器额定容量(kVA)

I0%--变压器空载电流百分比。

UK%--短路电压百分比

β--平均负载系数

KT--负载波动损耗系数

QK--额定负载漏磁功率(kvar)

KQ--无功经济当量(kW/kvar)

上式计算时各参数的选择条件:

(1)取KT=1.05

(2)对城市电网和工业企业电网的6kV~10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ=0.1kW/kvar

(3)变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β=20%;对于工业企业，实行三班制，可取β=75%

(4)变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数:t=5500h

(5)变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK、I0%、UK%，见产品资料所示。

P0--空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗;

磁滞损耗与频率成正比;与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。

涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。

PC--负载损耗，主要是负载电流通过绕组时在电阻上的损耗，一般称铜损。其大小随负载电流而变化，与负载电流的平方成正比;(并用标准线圈温度换算值来表示)。

负载损耗还受变压器温度的影响，同时负载电流引起的漏磁通会在绕组内产生涡流损耗，并在绕组外的金属部分产生杂散损耗。

变压器的全损耗ΔP=P0 PC

变压器的损耗比=PC/P0

变压器的效率=PZ/(PZ ΔP)，以百分比表示;其中PZ为变压器二次侧输出功率。

1)推广使用低损耗变压器

(1)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。

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，经研究发现在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。

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现在最新的节能材料--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。

(2)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。

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。

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。

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。

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。

2)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??

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:?

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;?

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:?

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;?

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:?

表国产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

13300

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

54.5

由表可见，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。?

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。?

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?

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:?

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=0?

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。

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。

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。

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。

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。?

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:?

△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。?

该式中当β=βj时，△W/△Wj=1，当β>βj或β<βj时，△W/△Wj均大于1。?当β/βj从1.0增加到1.3，增加30时，△W/△Wj从1.0增加到1.035，只增加了3.5;当β/βj从2.0增加到2.3，增加15时，△W/△Wj从1.25增加到1.37，增加了9.6。

可见在β/βj的低值区，△W/△Wj的增加值相对于β/βj的增加值是非常微小的，且增加的速率也是很小的，也就是说，在该区域中，我们用微小的年电能损耗率增加值来换取变压器的容量的较大减小使得一次性投资的明显降低，因此，我们选择相对节能负荷率β/βj在1-1.3范围内，即经济负荷率为:?

βjj=(1~1.3)βj(9)?

我们按经济负荷率βjj选出的变压器容量，要比按节能负荷率βj选出的变压器容量降低一级，由此而节约的初投资远大于配电变压器的年有功电能损耗费用，做到了经济性与节能性这对矛盾的相对统一，显然这是一种既科学又经济合理的方法。?

这里讨论的配电变压器容量的计算方法，主要是针对高层建筑中所使用的变压器，即使用干式或环氧树脂浇注变压器，然而该方法也适用于使用其他配电变压器的场合。

配电变压器分为铁损(空载损耗)和铜损(负载损耗)两部分。铁损对某一型号变压器来说是固

定的，与负载电流无关。铜损与变压器负载率的平方成正比。

配电网电能损失理论计算方法

配电网的电能损失，包括配电线路和配电变压器损失。由于配电网点多面广，结构复杂，客

户用电性质不同，负载变化波动大，要起模拟真实情况，计算出某一各线路在某一时刻或某

一段时间内的电能损失是很困难的。因为不仅要有详细的电网资料，还在有大量的运行资料。

有些运行资料是很难取得的。另外，某一段时间的损失情况，不能真实反映长时间的损失变

化，因为每个负载点的负载随时间、随季节发生变化。而且这样计算的结果只能用于事后的

管理，而不能用于事前预测，所以在进行理论计算时，都要对计算方法和步骤进行简化。 为简化计算，一般假设:

(1)线路总电流按每个负载点配电变压器的容量占该线路配电变压器总容量的比例，分配

到各个负载点上。(2)每个负载点的功率因数cos 相同。 这样，就能把复杂的配电线路利

用线路参数计算并简化成一个等值损耗电阻。这种方法叫等值电阻法。

等值电阻计算

设:线路有m个负载点，把线路分成n个计算段，每段导线电阻分别为R1，R2，R3，…，

Rn，

1.基本等值电阻Re

3.负载电流附加电阻ReT

在线路结构未发生变化时，Re、ReT、Rez三个等效电阻其值不变，就可利用一些运行参数

计算线路损失。

均方根电流和平均电流的计算

利用均方根电流法计算线损，精度较高，而且方便。利用代表日线路出线端电流记录，就可

计算出均方根电流IJ和平均电流IP。

在一定性质的线路中，K值有一定的变化范围。有了K值就可用IP代替IJ。IP可用线路供

电量计算得出，电能损失计算

(1)线路损失功率△P(kW)

△P=3(KIP)2(Re+ReT+ReI)×10-3

如果精度要求不高，可忽略温度附加电阻ReT和负载电流附加电阻ReI。

(2)线路损失电量△W

(3)线损率

(4)配电变压器损失功率△PB

(5)配电变压器损失电量△WB

(6)变损率 B

(7)综合损失率为 + B。

另外，还有损失因数、负荷形状系数等计算方法。这些计算方法各有优缺点，但计算误差较

大，这里就不再分别介绍了。

低压线路损失计算方法

低压线路的特点是错综复杂，变化多端，比高压配电线路更加复杂。有单相供电，3×3相

供电，3×4相供电线路，更多的是这几种线路的组合。因此，要精确计算低压网络的损失

是很困难的，一般采用近似的简化方法计算。

简单线路的损失计算

1.单相供电线路

(1)一个负荷在线路末端时:

(2)多个负荷时，并假设均匀分布:

2.3×3供电线路

(1)一个负荷点在线路末端

(2)多个负荷点，假设均匀分布且无大分支线

3.3×4相供电线路

(1)A、B、C三相负载平衡时，零线电流IO=0，计算方法同3×3相线路。

由表6-2可见，当负载不平衡度较小时，a值接近1，电能损失与平衡线路接近，可用平衡

线路的计算方法计算。

4.各参数取值说明

(1)电阻R为线路总长电阻值。 (2)电流为线路首端总电流。可取平均电流和均方根电流。取平均电流时，需要用修正系

数K进行修正。平均电流可实测或用电能表所计电量求得。

(3)在电网规划时，平均电流用配电变压器二次侧额定值，计算最大损耗值，这时K=1。

(4)修正系数K随电流变化而变化，变化越大，K越大;反之就小。它与负载的性质有关。

复杂线路的损失计算

0.4kV线路一般结构比较复杂。在三相四线线路中单相、三相负荷交叉混合，有较多的分

支和下户线，在一个台区中又有多路出线。为便于简化，先对几种情况进行分析。

1.分支对总损失的影响

假设一条主干线有n条相同分支线，每条分支线负荷均匀分布。主干线长度为椤&pound;

则主干电阻Rm=roL

分支电阻Rb=roé

总电流为I，分支总电流为Ib=I/n

(1)主干总损失△Pm

(2)各分支总损失△Pb

(3)线路全部损失

(4)分支与主干损失比

也即，分支线损失占主干线的损失比例为/nL。一般分支线小于主干长度，/nL<1/n

2.多分支线路损失计算

3.等值损失电阻Re

4.损失功率

5.多线路损失计算

配变台区有多路出线(或仅一路出线，在出口处出现多个大分支)的损失计算。

设有m路出线，每路负载电流为I1，I2，…，Im

台区总电流I=I1+I2…+Im

每路损失等值电阻为Re1，Re2，…，Rem

则

△P=△P1+△P2+…+△Pm=3(I21Re1+I22Re2+…+I2mRem)

如果各出线结构相同，即I1=I2=…=Im

Re1=Re2=…=Rem

6.下户线的损失

主干线到用各个用户的线路称为下户线。下户线由于线路距离短，负载电流小，其电能损失

所占比例也很小，在要求不高的情况下可忽略不计。

取:下户线平均长度为椋?冲个下户总长为L，线路总电阻R=roL，每个下户线的负载电流

相同均为I。

(1)单相下户线

△P=2I2R=2I2roL

(2)三相或三相四线下户

△P=3I2R=3I2roL

电压损失计算

电压质量是供电系统的一个重要的质量指标，如果供到客户端的电压超过其允许范围，就会

影响到客户用电设备的正常运行，严重时会造成用电设备损坏，给客户带来损失，所以加强

电压管理为客户提供合格的电能是供电企业的一项重要任务。

电网中的电压随负载的变化而发生波动。国家规定了在不同电压等级下，电压允许波动范围。

国电农(1999)652号文对农村用电电压做了明确规定: (1)配电线路电压允许波动范围为标准电压的±7%。

(2)低压线路到户电压允许波动范围为标准电压的±10%。

电压损失是指线路始端电压与末端电压的代数差，是由线路电阻和电抗引起的。

电抗(感抗)是由于导线中通过交流电流，在其周围产生的高变磁场所引起的。各种架空线

路每千米长度的电抗XO(/km)，可通过计算或查找有关资料获得。表6-3给出高、低压配

电线路的XO参考值。

三相线路仅在线路末端接有一集中负载的三相线路，设线路电流为I，线路电阻R，电抗为

X，线路始端和末端电压分别是U1，U2，负载的功率因数为cos 。

电压降△ù=△ù1-△ù2=IZ

电压损失是U1、U2两相量电压的代数差△U=△U1-△U2

由于电抗X的影响，使得ù1和ù2的相位发生变化，一般准确计算△U很复杂，在计算时可

采用以下近似算法:△U=IRcos +閄sin

一般高低压配电线路

该类线路负载多、节点多，不同线路计算段的电流、电压降均不同，为便于计算需做以下简

化。

1.假设条件

线路中负载均匀分布，各负载的cos 相同，由于一般高低压配电线路阻抗Z的cos Z=0.8~

0.95，负载的cos 在0.8以上，可以用ù代替△U进行计算。

2.电压损失