工厂变压器经济运行方式优化研究

一、引言

在工业生产中，电力是不可或缺的能源，而变压器作为电力转换和分配的核心设备，其运行效率直接关系到工厂的能源消耗和生产成本。随着能源价格的上涨以及环保要求的日益严格，工厂对变压器经济运行的关注度不断提高。传统的变压器运行方式往往存在负载率不合理、功率因数偏低、设备老化等问题，导致电能损耗较大，能源浪费严重。因此，研究工厂变压器经济运行方式的优化，对于降低工厂能耗、提高经济效益、实现可持续发展具有重要的现实意义。​

目前，国内外学者在变压器经济运行方面已开展了大量研究，提出了一些优化方法和技术。但在实际应用中，由于不同工厂的生产工艺、用电负荷特点存在差异，优化策略的适用性也有所不同。因此，需要结合工厂的具体情况，深入分析影响变压器经济运行的因素，制定针对性的优化方案。

二、影响工厂变压器经济运行的因素

2.1 负载率​

变压器的负载率是指实际负载功率与额定功率的比值，是影响变压器能耗的关键因素。变压器存在一个经济负载率范围，通常为 40%-70% 。当负载率过低时，变压器的空载损耗占比过大，导致运行效率降低；当负载率过高时，变压器的负载损耗急剧增加，同样会使效率下降。例如，某工厂一台额定容量为 1000kVA 的变压器，在负载率为 30% 时，效率仅为 85% ；当负载率提高到60% 时，效率提升至 92% 。

2.2 功率因数

功率因数是衡量电力系统有效利用电能的重要指标，它反映了电路中有功功率与视在功率的比值。工厂中大量使用的异步电动机、电焊机等感性负载会导致功率因数偏低，使变压器的无功损耗增加，降低变压器的运行效率。同时，功率因数偏低还会导致电力系统的线路损耗增加，影响供电质量。例如，当功率因数从 0.7 提高到 0.9 时，变压器的无功损耗可减少约 40% 。

2.3 变压器选型

变压器的选型是否合理对其经济运行有着重要影响。如果变压器的额定容量过大，会导致长期处于低负载率运行状态，增加空载损耗；如果额定容量过小，则无法满足工厂的用电需求，容易出现过载运行，增加负载损耗。此外，变压器的型号和能效等级也会影响其能耗水平，高效节能型变压器虽然初期投资较高，但长期运行的能耗更低，经济效益更显著。

2.4 运行维护

变压器的运行维护状况同样会影响其经济运行。定期对变压器进行巡检、维护和检修，及时发现并处理设备故障和隐患，可保证变压器始终处于良好的运行状态，减少因设备问题导致的能耗增加。例如，变压器油的质量下降会影响其绝缘和冷却性能，导致变压器过热，增加能耗。

三、工厂变压器经济运行方式优化策略

3.1 基于负载动态调整的优化

工厂的用电负荷往往随生产计划和工艺流程的变化而波动，因此需要根据负载的动态变化调整变压器的运行方式。通过安装智能监控系统，实时监测变压器的负载情况，当负载率低于经济运行范围时，可停运部分变压器，将负载集中到一台或几台变压器上，提高负载率；当负载率过高时，可投入备用变压器，分担负载，避免过载运行。

例如，某工厂有两台额定容量均为 800kVA 的变压器，正常生产时总负载约为 1000kVA。在采用动态调整策略前，两台变压器同时运行，每台变压器的负载率约为 62.5% ，处于经济运行范围。但在夜间低谷时段，总负载降至400kVA，此时若仍两台同时运行，每台的负载率仅为 25% ，效率较低。采用动态调整策略后，夜间停运一台变压器，仅保留一台运行，负载率提高至 50% ，单台变压器的能耗降低了约 15% 。

3.2 功率因数补偿优化

提高功率因数是降低变压器无功损耗、提高运行效率的有效措施。工厂可采用并联电容器进行无功补偿，根据负载的变化自动投切电容器组，使功率因数保持在 0.9 以上。在选择电容器时，应根据工厂的无功负荷大小和变化特点，合理确定电容器的容量和分组方式，避免出现过补偿或欠补偿的情况。

3.3 变压器组合运行优化

对于拥有多台变压器的工厂，可通过合理组合变压器的运行方式，实现经济运行。根据不同的负载情况，选择不同容量的变压器组合，使总负载率处于经济运行范围。例如，当负载较小时，运行一台小容量变压器；当负载中等时，运行一台大容量变压器或两台小容量变压器；当负载较大时，同时运行多台变压器。

3.4 变压器更新与技术改造

对于运行年限较长、能效等级较低的变压器，应及时进行更新换代，选用高效节能型变压器。高效节能型变压器采用了新型铁芯材料和绕组结构，具有空载损耗和负载损耗低的特点。虽然初期投资较高，但长期运行可带来显著的节能效益。

此外，还可对现有变压器进行技术改造，如更换铁芯、绕组或冷却系统等，提高其运行效率。某纺织厂将两台运行 15 年的 S7 型变压器更换为 S13 型高效节能变压器，改造后，单台变压器的空载损耗降低了 60% ，负载损耗降低了30% ，年节约电费约 5 万元。

四、工厂变压器经济运行优化效果分析

以某汽车零部件加工厂为例，该工厂拥有两台 1250kVA 的变压器，主要为生产车间的数控机床、冲压设备等供电。在优化前，变压器的平均负载率为45% ，功率因数为 0.82，年电能损耗约为 8 万 kWh

通过实施以下优化措施：一是根据生产班次和负载变化，动态调整变压器运行台数，在夜间和周末低谷时段停运一台变压器；二是安装自动无功补偿装置，将功率因数提高至 0.95 ；三是对变压器进行定期维护，清理冷却系统，确保散热良好。

优化后，变压器的平均负载率提高至 60% ，年电能损耗降至 5.2 万 kWh，较优化前减少了 35% ，年节约电费约 3 万元。同时，由于功率因数的提高，工厂还获得了电力部门的功率因数奖励，进一步提高了经济效益。

五、结论

工厂变压器经济运行方式的优化是降低工厂能耗、提高经济效益的重要途径。影响变压器经济运行的因素主要包括负载率、功率因数、变压器选型及运行维护等。通过采用基于负载动态调整、功率因数补偿、变压器组合运行、设备更新与改造等优化策略，可显著提高变压器的运行效率，降低电能损耗。实际案例分析表明，这些优化措施具有良好的应用效果，能够为工厂带来可观的经济效益。

参考文献

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