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1 问题的提出
很多文章在研究配电变压器最佳经济效率时，都根据变压器空载损耗等于铜耗时变压器自身电能损耗最少来确定最佳负载率，进而由变压器输出有功功率及功率因数确定经济运行的变压器的容量。这种做法本身并不错，但是很多用电企业仍有“节电不省钱”之感。我们分析造成这种现象的原因是没有考虑或忽略了我国工业企业用电实行的是“两部制”电价制度，“两部制”将电价分成基本电价与电度电价两部分。而其中的基本电价对确定经济运行的变压器的容量影响十分巨大。
根据本人多年在企业用电的工作经验，下面重点说明由于基本电价的存在而对变压器负载率、效率及经济运行的变压器的容量、台数选用的影响。
2 变压器各种损耗及计算公式
（1）变压器内部分为4种损耗，分述如 ：
有功空载损耗P0——它是变压器磁滞和涡流损耗的统称，是固定损耗，与负载无关。
有功负载损耗PK——它是变压器电阻上的铜耗，与负载电流的平方成正比。
无功空载损耗Q0——它是建立磁场必须的无功功率，与负载无关。Q0 = Se I0%×10-2，
无功漏磁损耗QK——它是变压器漏磁通产生的无功损耗，随负荷的平方变化，变压器额定负荷时，
QK = Se UK%×10-2
式中 Se——变压器额定容量
I0%——空载电流百分数
UK%——短路阻抗百分数
（2）最佳负载率
当变压器的固定损耗等于可变损耗时，即铁耗等于铜耗时，变压器的损耗最小，效率最高，此时的负载率即为最佳负载率，
计算式是：
βjp =（P0/Pk）1/2
βjz =[（P0+KQ0）/（Pk+KQk）]1/2
式中K——变压器的无功损耗对网络造成的有功损耗系数，一般取值范围为0.02～0.1
βjp——有功最佳负载率
βjz——综合最佳负载率
我国S7、S9变压器βjp在0.4～0.55之间，近年来S11低损耗变压器的βjp为0.35左右。S11比S9系列的空载损耗平均降低30%，空载电流也有大幅度的下降。变压器经济运行区域也比以前变大，单纯从节省变压器自身能耗观点上出发，应尽量使变压器负载率在接近最佳负载率的情况下运行为好。
（3）变压器的有功损耗，损耗率和效率
ΔP=P0+β2Pk
ΔP%=（ΔP/ΔP1）×100%=[ΔP/（βSNcosΦ+ΔP）]×100%
η=[1-ΔP/（ P1+ΔP）]×100%
式中P1——变压器输入有功功率
P2——变压器输出有功功率
P2=P1-ΔP0
ΔP——有功损耗
ΔP%——损耗率
η——配电效率
（4）变压器基本电费及电价电费
基本电价有容量计费和需量计费两种方式可供选择，容量计费计算方法比较简单，即投运的变压器额定容量乘以基本电费容量电价（现执行30元/kvA），则是用户每月的基本电费。
计算公式如下：
基本电费（元） =Se（kvA）×容量电价（元/kvA）
=30 Se（元）
现行电价电费价格如下：
峰值电价 = 1.102（元/kwh）
平值电价 = 0.661（元/kwh）
谷值电价 = 0.320（元/kwh）
平均电价 =（1.102+ 0.661+0.320）/3
= 0.694（元/kwh）
3 基本电价产生的“附加的有功空载损耗”P0’
3.1 因基本电费而产生的附加的有功空载损耗
采用两部制电价目的是为了保证了供电部门获得比较固定的利润。其中基本电价是按照工业企业的变压器容量（或最大需用量）作计算的依据，与实际耗电数量无关，每月固定收取。
例如变压器额定容量Se =1000KVA，容量电价=30元/kvA
则当月该变压器基本电费=30000元，这么多钱产生固定消耗，与负载无关，相当于变压器因基本电费而产生的一个“附加的有功空载损耗”P0’，其等效的功率如下，
P0’=[30000元/ 0.694（元/kwh） ]/（24h×30天）
=60kw
由于有此“附加的有功空载损耗”P0’的加入，最佳负载率计算式将变成为，
βjp =[（P0+ P0’）/Pk ]1/2
βjz =[（P0+ P0’+KQ0）/（Pk+KQk）]1/2
举例如下：现在S11-1000/10变压器一台，P0=1.55kw，Pk=7.5kw，设cosφ=0.90。
当不考虑“附加的有功空载损耗”P0’时的有功最佳负载率βjp
βjp =（P0/Pk）1/2
=（ 1.15 / 10.3 ）1/2
= 0.334
考虑“附加的有功空载损耗”P0’时的有功最佳负载率βjp
βjp =[（P0+ P0’） / Pk ]1/2
=[（1.15 + 60 ） / 10.3 ]1/2
= 2.43
由此可见，虽然变压器有一定的过载能力，但绝不允许过载2.43倍，为使用电企业达到配电效率最佳，只有在变压器不过载情况下，使有功最佳负载率βjp=1，即使这样，由于固定损耗远大于可变损耗，（P0+ P0’）﹥βjp2 Pk，用电企业仍不可能达到最佳的配电效率， 但使βjp=1比βjp=0.33更接近最佳负载率βjp，企业最终得到实惠要好的多。 3.2 用电企业最终综合经济效率
用电企业最终关注的不是变压器的配电效率，而是用电企业最终综合经济效率，
η综=[W1/（ W1+W2+W3）]×100%
式中W1——电度电价电费
W2——变压器基本电费
W3——变压器有功损耗电费
η综——用电企业最终综合经济效率
4 举例说明
设某企业要求变压器输出的计算功率为560 KW，按最佳负载率βjp不考虑“附加的有功空载损耗”P0’，及考虑“附加的有功空载损耗”P0’βjp近似于1，有三种类型变压器可供选择。其相关参数
如下表。
设定变压器峰、平、谷三段运行时间基本相同，月用电量在40万KWh，
变压器在实际运行中，由于无功损耗对变压器影响不大，为了便于计算和分析变压器有功损耗，故且暂不计算无功损耗的影响。
几种方案的示例选择如下（一个月）：
从上表比较可见，
第一，低损耗变压器的损耗率都很小，而效率都很高。变压器效率基本在98%以上。
第二，传统的双绕组变压器经济运行区划分为，
经济运行区为 β2jp <β<1
其中最佳经济运行区为 1.33β2jp <β<0.78
非经济运行区为 0<β<β2jp
上例中变压器的理论最佳负载率在βjp在0.335 ～0.361之间，
取βjp =0.35，则经济运行区的划分为，
经济运行区为0.1225<β<1
其中，最佳经济运行区为 0.163<β<0.78，
变压器其配电效率都在99%以上
经济运行区为 0.78<β<1区间，
其配电效率都在 98%左右，
非经济运行区为 0<β<0.1225
第三，1、2两种情况严格按最佳负载率选配变压器，都达到了最佳的配电效率，变压器自身的总有功损耗最低，但由于基本电费所占比例太大，致使最终基本电费与变压器总的有功损耗电费合计达5万元（在电度电价电费都相同的情况下，用电企业希望这部分费用越少越好），所占比例最大，电企业最终综合经济效率最低，节能但不省钱。
第四，考虑到基本电价的影响而“附加的有功空载损耗”P0’，则最终真正的最佳负载率 βjp= 1，即，6、7两种情况就是负载率在接近“1”时选配的变压器，可以发现，此时配电效率仍较高，高达98%，虽然此时变压器自身的总有功损耗最高，但由于βjp
接近于1的最佳负载率是考虑到基本电费所增加的“附加的有 功空载损耗”的影响，故最终的经济效果显著，最终基本电费与变压器总的有功损耗电费合计达2.2万元左右。所占比例最小，能耗虽有偏大但用电企业最终综合经济效率最高，用电企业最终省钱。
第五，建议变压器负载率设在0.75 <β< 1区间运行，虽与传统最佳运行区间相比较能耗稍有偏大，但仍属于国家规定的经济运行区，国家认定变压器为经济运行。在此段区间运行，用电企业最终获得的综合经济效率最高。
第六，很多人认为，最佳负载率接近于1运行，变压器不安全，我认为这种观点是没有根据的，一般变压器可以在正常过负荷下运行一段时限，而且正常过负荷可以经常使用，可利用夏季与冬季、低负荷与高负荷期带载不同来获得一定过载能力。我们现在讨论的并不是变压器的过载运行，而是接近满载运行，将负载率控制在0.75 ～0.95之间运行，加强对变压器继电保护整定与校验；加强对变压器室的检查，随时监视温度的变化，防止变压器超温运行；保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风措施。则变压器的安全运行是有保障的。
第七，通过对4与5、6与7的比较可以发现，在变压器输出相同的有功功率情况下，大力提高企业功率因数可以降低变压器的负载率，这对接近满载运行的变压器有十分重要的意义，因此要充分保证企业电容无功补偿装置正常运行，保证功率因数不低于0.95。
5 结语
综上所述，考虑到基本电费的影响，理论上企业变压器最佳的负载率要满载运行，即β= 1运行，通常情况下。建议用电企业根据自身条件选择合适容量的变压器将其负载率控制在0.75 ～0.95，另外要大力提高企业的功率因数，加强对变压器的运行监督与管理，这些因素不仅促进用电企业提高用电设备或最大负荷的利用率的积极性，在节约能源降低损耗的同时获得了最大经济效益。而且使供电部门的设备利用率也有随之提高的可能，从而大大降低供电成本。保证了供电部门合理利润。达到供、用电企业的经济效益的双赢。共同进步共同发展。
很多文章在研究配电变压器最佳经济效率时，都根据变压器空载损耗等于铜耗时变压器自身电能损耗最少来确定最佳负载率，进而由变压器输出有功功率及功率因数确定经济运行的变压器的容量。这种做法本身并不错，但是很多用电企业仍有“节电不省钱”之感。我们分析造成这种现象的原因是没有考虑或忽略了我国工业企业用电实行的是“两部制”电价制度，“两部制”将电价分成基本电价与电度电价两部分。而其中的基本电价对确定经济运行的变压器的容量影响十分巨大。
根据本人多年在企业用电的工作经验，下面重点说明由于基本电价的存在而对变压器负载率、效率及经济运行的变压器的容量、台数选用的影响。
2 变压器各种损耗及计算公式
（1）变压器内部分为4种损耗，分述如 ：
有功空载损耗P0——它是变压器磁滞和涡流损耗的统称，是固定损耗，与负载无关。
有功负载损耗PK——它是变压器电阻上的铜耗，与负载电流的平方成正比。
无功空载损耗Q0——它是建立磁场必须的无功功率，与负载无关。Q0 = Se I0%×10-2，
无功漏磁损耗QK——它是变压器漏磁通产生的无功损耗，随负荷的平方变化，变压器额定负荷时，
QK = Se UK%×10-2
式中 Se——变压器额定容量
I0%——空载电流百分数
UK%——短路阻抗百分数
（2）最佳负载率
当变压器的固定损耗等于可变损耗时，即铁耗等于铜耗时，变压器的损耗最小，效率最高，此时的负载率即为最佳负载率，
计算式是：
βjp =（P0/Pk）1/2
βjz =[（P0+KQ0）/（Pk+KQk）]1/2
式中K——变压器的无功损耗对网络造成的有功损耗系数，一般取值范围为0.02～0.1
βjp——有功最佳负载率
βjz——综合最佳负载率
我国S7、S9变压器βjp在0.4～0.55之间，近年来S11低损耗变压器的βjp为0.35左右。S11比S9系列的空载损耗平均降低30%，空载电流也有大幅度的下降。变压器经济运行区域也比以前变大，单纯从节省变压器自身能耗观点上出发，应尽量使变压器负载率在接近最佳负载率的情况下运行为好。
（3）变压器的有功损耗，损耗率和效率
ΔP=P0+β2Pk
ΔP%=（ΔP/ΔP1）×100%=[ΔP/（βSNcosΦ+ΔP）]×100%
η=[1-ΔP/（ P1+ΔP）]×100%
式中P1——变压器输入有功功率
P2——变压器输出有功功率
P2=P1-ΔP0
ΔP——有功损耗
ΔP%——损耗率
η——配电效率
（4）变压器基本电费及电价电费
基本电价有容量计费和需量计费两种方式可供选择，容量计费计算方法比较简单，即投运的变压器额定容量乘以基本电费容量电价（现执行30元/kvA），则是用户每月的基本电费。
计算公式如下：
基本电费（元） =Se（kvA）×容量电价（元/kvA）
=30 Se（元）
现行电价电费价格如下：
峰值电价 = 1.102（元/kwh）
平值电价 = 0.661（元/kwh）
谷值电价 = 0.320（元/kwh）
平均电价 =（1.102+ 0.661+0.320）/3
= 0.694（元/kwh）
3 基本电价产生的“附加的有功空载损耗”P0’
3.1 因基本电费而产生的附加的有功空载损耗
采用两部制电价目的是为了保证了供电部门获得比较固定的利润。其中基本电价是按照工业企业的变压器容量（或最大需用量）作计算的依据，与实际耗电数量无关，每月固定收取。
例如变压器额定容量Se =1000KVA，容量电价=30元/kvA
则当月该变压器基本电费=30000元，这么多钱产生固定消耗，与负载无关，相当于变压器因基本电费而产生的一个“附加的有功空载损耗”P0’，其等效的功率如下，
P0’=[30000元/ 0.694（元/kwh） ]/（24h×30天）
=60kw
由于有此“附加的有功空载损耗”P0’的加入，最佳负载率计算式将变成为，
βjp =[（P0+ P0’）/Pk ]1/2
βjz =[（P0+ P0’+KQ0）/（Pk+KQk）]1/2
举例如下：现在S11-1000/10变压器一台，P0=1.55kw，Pk=7.5kw，设cosφ=0.90。
当不考虑“附加的有功空载损耗”P0’时的有功最佳负载率βjp
βjp =（P0/Pk）1/2
=（ 1.15 / 10.3 ）1/2
= 0.334
考虑“附加的有功空载损耗”P0’时的有功最佳负载率βjp
βjp =[（P0+ P0’） / Pk ]1/2
=[（1.15 + 60 ） / 10.3 ]1/2
= 2.43
由此可见，虽然变压器有一定的过载能力，但绝不允许过载2.43倍，为使用电企业达到配电效率最佳，只有在变压器不过载情况下，使有功最佳负载率βjp=1，即使这样，由于固定损耗远大于可变损耗，（P0+ P0’）﹥βjp2 Pk，用电企业仍不可能达到最佳的配电效率， 但使βjp=1比βjp=0.33更接近最佳负载率βjp，企业最终得到实惠要好的多。 3.2 用电企业最终综合经济效率
用电企业最终关注的不是变压器的配电效率，而是用电企业最终综合经济效率，
η综=[W1/（ W1+W2+W3）]×100%
式中W1——电度电价电费
W2——变压器基本电费
W3——变压器有功损耗电费
η综——用电企业最终综合经济效率
4 举例说明
设某企业要求变压器输出的计算功率为560 KW，按最佳负载率βjp不考虑“附加的有功空载损耗”P0’，及考虑“附加的有功空载损耗”P0’βjp近似于1，有三种类型变压器可供选择。其相关参数
如下表。
设定变压器峰、平、谷三段运行时间基本相同，月用电量在40万KWh，
变压器在实际运行中，由于无功损耗对变压器影响不大，为了便于计算和分析变压器有功损耗，故且暂不计算无功损耗的影响。
几种方案的示例选择如下（一个月）：
从上表比较可见，
第一，低损耗变压器的损耗率都很小，而效率都很高。变压器效率基本在98%以上。
第二，传统的双绕组变压器经济运行区划分为，
经济运行区为 β2jp <β<1
其中最佳经济运行区为 1.33β2jp <β<0.78
非经济运行区为 0<β<β2jp
上例中变压器的理论最佳负载率在βjp在0.335 ～0.361之间，
取βjp =0.35，则经济运行区的划分为，
经济运行区为0.1225<β<1
其中，最佳经济运行区为 0.163<β<0.78，
变压器其配电效率都在99%以上
经济运行区为 0.78<β<1区间，
其配电效率都在 98%左右，
非经济运行区为 0<β<0.1225
第三，1、2两种情况严格按最佳负载率选配变压器，都达到了最佳的配电效率，变压器自身的总有功损耗最低，但由于基本电费所占比例太大，致使最终基本电费与变压器总的有功损耗电费合计达5万元（在电度电价电费都相同的情况下，用电企业希望这部分费用越少越好），所占比例最大，电企业最终综合经济效率最低，节能但不省钱。
第四，考虑到基本电价的影响而“附加的有功空载损耗”P0’，则最终真正的最佳负载率 βjp= 1，即，6、7两种情况就是负载率在接近“1”时选配的变压器，可以发现，此时配电效率仍较高，高达98%，虽然此时变压器自身的总有功损耗最高，但由于βjp
接近于1的最佳负载率是考虑到基本电费所增加的“附加的有 功空载损耗”的影响，故最终的经济效果显著，最终基本电费与变压器总的有功损耗电费合计达2.2万元左右。所占比例最小，能耗虽有偏大但用电企业最终综合经济效率最高，用电企业最终省钱。
第五，建议变压器负载率设在0.75 <β< 1区间运行，虽与传统最佳运行区间相比较能耗稍有偏大，但仍属于国家规定的经济运行区，国家认定变压器为经济运行。在此段区间运行，用电企业最终获得的综合经济效率最高。
第六，很多人认为，最佳负载率接近于1运行，变压器不安全，我认为这种观点是没有根据的，一般变压器可以在正常过负荷下运行一段时限，而且正常过负荷可以经常使用，可利用夏季与冬季、低负荷与高负荷期带载不同来获得一定过载能力。我们现在讨论的并不是变压器的过载运行，而是接近满载运行，将负载率控制在0.75 ～0.95之间运行，加强对变压器继电保护整定与校验；加强对变压器室的检查，随时监视温度的变化，防止变压器超温运行；保持良好的通风和冷却，必要时可采取强制通风措施。则变压器的安全运行是有保障的。
第七，通过对4与5、6与7的比较可以发现，在变压器输出相同的有功功率情况下，大力提高企业功率因数可以降低变压器的负载率，这对接近满载运行的变压器有十分重要的意义，因此要充分保证企业电容无功补偿装置正常运行，保证功率因数不低于0.95。
5 结语
综上所述，考虑到基本电费的影响，理论上企业变压器最佳的负载率要满载运行，即β= 1运行，通常情况下。建议用电企业根据自身条件选择合适容量的变压器将其负载率控制在0.75 ～0.95，另外要大力提高企业的功率因数，加强对变压器的运行监督与管理，这些因素不仅促进用电企业提高用电设备或最大负荷的利用率的积极性，在节约能源降低损耗的同时获得了最大经济效益。而且使供电部门的设备利用率也有随之提高的可能，从而大大降低供电成本。保证了供电部门合理利润。达到供、用电企业的经济效益的双赢。共同进步共同发展。