供电负荷、经济运行与变压器的容量选择

2012-09-22董征森

电气技术 2012年2期

董征森

（山东曹县供电公司，山东曹县 274400）

随着社会经济的快速发展，社会对电力系统服务的要求越来越高，要求电力供应安全、可靠，满足用电需求；对电力企业而言，又有降损节能的要求。在变电站新建、扩建和变压器增容等具体工作中，选择变压器的容量主要考虑供电区域内的供电负荷的大小和变压器的经济运行方式。变压器容量选择得当，不仅节约变压器及其配套装置的一次性投资，而且能够有利于降损节能，达到变压器的经济运行，减少运行、维护的费用；同时，根据负荷的多少和各变压器容量，可灵活采用变压器独立运行、并列运行等方式，达到经济运行。

1 选择变压器容量的原则

变电站内变压器容量和台数是影响电网结构、供电安全可靠性和经济性的重要因素，应根据地区供电条件、负荷性质、运行方式和用电容量等条件综合考虑确定。总的来说，对变压器容量大小的选择具体取决于区域负荷的现状和增长速度、上一级电网提供负载的能力、与之相联结的配电装置技术和性能指标，取决于负荷本身的性质和对供电可靠性要求的高低等等，新建、扩建和改造过程中，变压器增容的容量和台数，一般根据常规经验，结合相关标准、规程，考虑如下因素：

1）变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总负荷的需要，以便投入运行后能常年经济运行，避免变压器长期处于过负荷状态运行。新建变电站要合理选择变压器的容量，使变压器的负荷率最佳，其运行效率最高，损耗最低。投产初期变压器的负载率尽量接近最佳经济运行负载系数，最大负荷利用小时数大于3000h时可取 0.6～0.7，最大负荷利用小时数小于3000h时可取 0.75～1.0；变压器容量应满足 5～10年规划负荷的需要，为今后供电区域负荷增长保留了足够的容量裕度，防止不必要的扩建和增容。

2）对一般负荷的变电站，变电站一般装设两台以上变压器，保证供电运行方式灵活，提高供电可靠性。单台变压器容量的选择不宜过大和过小，主变单台容量应根据供电区域的负荷密度进行选择，要预留负荷发展和扩建的可能，实现变电站容量由小到大。一般认为变压器负荷率为额定容量的70%～80%较合适，对主变压器则应尽量按最大需求量选择容量。当任何一台变压器停运时，其负荷自动转移至正常运行的变压器，此时变压器的负荷不应超过其短时容许的过载容量，以后再通过电网操作将变压器的过载部分转移走，例如变电站之间的拉手互供方式；对于供电区域内的重要用户，变电站内每台变压器的容量不小于最大计算负荷的60%，一台变压器在故障或停电检修状态下，另外变压器的容量在过负荷能力允许时间内，能保证用户的一级和二级负荷。

3）变压器容量选择要因地制宜，既要考虑变压器及其配套装置的一次性投资的节约，又要考虑国家降损节能政策和变压器长期运行中的功率损耗，对新上的变压器应优先选用损耗参数良好、节电效果大、经济效益好、投资收回期短的新型变压器，符合国家相关能效标准。这样，虽然短期增加了购买设备的投资，但这样新型的变压器能够节约能源，减少电量损耗，多投资部分靠节约电量的电费，短时期即可收回。

4）为满足供电N-1的可靠性准则，变压器容量的选择除符合上述条件外，要考虑事故和检修状态下，减少供电引起的经济损失和对社会的影响；对变电站密集区，由于变电站之间存在联络供电线路，变电站之间可以拉手互供，变压器的容量选择可以适当减小，正常条件下分区域各自供电，当不能满足供电输出时，通过运行方式的调整，可以靠周边的变电站通过联络线带部分负荷。

2 变压器经济运行的条件和要求

变压器经济运行是在确保变压器安全运行和保证供电量的基础上，通过对变压器进行合理配置，择优选取变压器经济运行方式，对变压器负载实施经济调整，从而最大限度地降低变压器的电能损耗。变压器经济运行的实质就是变压器节电运行。变压器经济运行的方式由供电区域内的供电负荷与变压器容量、台数确定，变压器经济运行与变电站内变压器的台数、容量和性能参数密切相关。在变压器设计选型、运行检修，变电站建设、扩建及改造时，我们都要将变压器经济运行的相关条件和要求考虑到。实现变压器经济运行，应具备和满足以下条件和要求。

1）变电站内的变压器要合理配置

新建变电站分期建设，要结合最终规模和负荷增长情况确定一期变压器的容量。变压器的负载率应接近最佳经济运行区域，一般在75%以下为最佳，若短期内不进行扩建，变压器不宜满负荷运行。选用变压器的技术参数，充分考虑变压器自身固有的综合损耗，在负载损耗基本相同时，尽量选用空载损耗小的变压器，负载损耗满足国标《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》。

对于扩建、改造的变电站，选择主变容量时，一定要满足与站内现有的变压器技术参数相匹配，满足主变并列经济运行条件；另外，还要深入现场实地勘察，新的增容、扩建方案实施时可操作性要强，看场地是否足够，原设备基础是否满足新设备安装的要求，施工是否安全、方便等；同时，还要考虑增容更换变压器长时间停电时，对供电用户和社会可能带来的不良影响等，改、扩建方案科学合理，减少供电企业改、扩建的费用。

2）变压器经济运行应在优选运行段运行

单台变压器经济运行区平均负载系数，β的上限为1，下限为Pk/Po，（其中Pk为变压器空载损耗，Po为额定负载损耗）；经济运行区优选运行段的平均负载系数，β的上限为0.75，下限为1.33（Pk/Po）。现在，变压器制造技术水平的不断提高，变压器的效率较高，变压器的空载损耗大幅度降低，变压器的最佳经济运行负载系数也在降低。

3）变压器经济运行方式

变压器经济运行方式有多种，应根据不同运行条件采用相应的经济运行方式。

（1）并列运行的双（三）绕组变压器时，根据负载特性曲线比较两条负载特性曲线确定组合（含单台）变压器经济运行方式。当负载特性曲线无交点时，选用综合功率空载损耗较小的变压器运行。有交点时，将变压器总平均视在功率（S）与临界综合负载视在功率（SLZ）对比：S＜SLZ时，选用综合功率空载损耗值较小的变压器运行；S＞SLZ时，选用综合功率额定负载损耗值较小的变压器运行。

变压器并列运行是提高变压器经济运行的有效方式。变压器并列运行应满足并联条件，即联结组别与相位关系相同；电压和变压比相同，允许偏差相同，调压范围内的每级电压相同；防止二次绕组之间因存在电动势差，产生循环电流；短路阻抗相同，控制在10%的允许偏差范围内，容量比在0.5～2之间。变压器并列运行可根据用电负荷大小来进行投切，当负荷增加到一台变压器容量不够用时，则可并列投入一台变压器，而当负荷减少到不需要两台（或多台）变压器同时供电时，可将一台变压器退出运行，尽量减少变压器本身的损耗，达到经济运行的目的。

在并列运行中，为保证负荷分配均匀，短路阻抗不同的并列变压器，可适当提高短路阻抗高的变压器的二次电压，防止短路阻抗和容量小的变压器过载，而容量大和短路阻抗大的变压器欠载。

（2）分列运行的双绕组变压器时，在总供电负载不变的情况下，对二次侧有联络线的应对共用一台或两台分列运行方式进行比较选择。在采用一台变压器满足总供电负载的情况下，应对两台分列运行变压器的空载损耗和额定负载损耗进行比较，选择总损耗最低的为共用变压器，再对选定共用变压器与两台变压器分列运行方式进行比较，选择出综合功率损耗小的运行方式。

4）变压器经济运行要进行负载经济调整

（1）双（三）绕组变压器分列运行时，应合理分配变压器间负载，使变压器总功率损耗最小。对于单独运行的三绕组变压器，应通过变压器二次侧和三次侧绕组负载的合理分配，使变压器总的综合功率损耗最小。变压器综合功率的负载经济分配系数可通过计算公式计算。

（2）负载经济调整的方法手段。在总用电量不变的情况下，为降低综合功率损耗率，应采用调整变压器负荷率、调整变压器相间不平衡负载和削峰填谷等技术措施。

建立在安全可靠供电的前提条件下，在装有备用变压器的变电站，要选择综合损耗率小的变压器投入运行，要按上述负载经济调整的方法手段进行调整负载。对负载集中地区，供电可靠性要求较高的用户，备用变压器应有可靠的自动投入装置相配套，当运行变压器故障不能运行时应自动投入运行，确保不中断正常供电。当并列运行的变压器中有一台损坏或需要检修时，要迅速将之从电网中切除，不影响其它变压器正常运行，减少了故障和检修时的停电范围和次数。

3 变压器容量选择的应用

近几年来，随着城、农网改造的进度加大，每年都要进行变电站的新建、扩建和变压器增容等工作。现举例说明供电负荷、经济运行与变压器的容量选择在变电站改造中的具体应用。

35kV某变电站，原有两台4000kVA主变压器，主要负荷是乡镇工业与居民生活用电等。一般正常负荷达2500kVA，最高可达4000kVA，变电站原有两台变压器并列运行时可以满足其用电需要。今年又要新增1200kVA负荷，该变电站原有变压器的容量只能长期并列运行才能满足需要，因此必须增加变电站变压器的容量。变电站主变增容改造时，方案一：在原有两台主变的情况下再增加 1台4000kVA变压器，随负荷变化并列或停运1～2台变压器；方案二：将其中一台4000kVA主变压器换成一台6300kVA变压器。现按GB/T 13462-2008《电力变压器经济运行》的要求对两种方案分别进行论证比较分析。新增及原运行变压器损耗参数如表1。

表1 新扩建及原运行变压器损耗参数比较表

表中*的数据为参照GB/T6451《三相油浸电力变压器技术参数和要求》给出的标准数据。

1）变电站变压器增容方案一：扩建新间隔，增加一台4000kVA的主变，最大负载5200kW时进行运行分析论证。

（1）当原两台变压器并列运行，变压器的负载系数（假定变压器并列运行时的负载平衡）

β=S/Sn=5200kVA/8000kVA=65%。

两台变压器并列运行时的有功损耗分别为⊿P1= P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=16.89kW。⊿P2= P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=16.86kW。

总损耗功率⊿P=⊿P1+⊿P2=33.75kW，同时也可得出乙变（2#）的损耗特性优于甲变(1#)。

（2）若增加第三台变压器，则变压器的负载系数

β=S/Sn=5200kVA/12000kVA=43.3%。

三台变压器并列运行时的有功损耗分别为

∆P1=P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=10.03kW。

∆P2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=9.94kW。

∆P3= P03+β2PK3=5.15kW+β232kW=11.15kW。

总损耗功率∆P=∆P1+∆P2+∆P3=31.12kW。

三台变压器运行较原两台运行每年节约电能：

A1=T∆P=8760h×(33.75-31.12)kW=23039kW·h。

2）变电站变压器增容方案二：若更换其中一台4000kVA变压器为一台6300kVA变压器，最大负载为5200kW时运行分析论证。

（1）若单台SZ9-6300/35的变压器运行时：

其负载系数

β=S/Sn=5200kVA/6300kVA=82.54%

变压器的有功损耗

∆P1= P0+β2PK=7.3kW+β241kW=101.69kW

（2）若两台变压器并列运行时：

其负载系数

β=S/Sn=5200kVA/10300kVA=50.5%。

由上述分析可知，乙变（2#）的损耗特性优于甲变（1#），故选择用6300kVA变压器替换甲变（#1）。两台变压器的有功损耗分别为

∆P1= P01+β2PK1=7.3kW+β241kW=17.75kW

∆P2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=11.93kW

总功率损耗∆P=⊿P1+∆P2=29.68kW

该方案两台变压器运行较原两台运行每年节约电能为

A2=T×∆P=8760h×(33.75-29.68)kW=35653.2kW·h

3）由以上两方案分析可知：

（1）方案二中单台SZ9-6300/35的变压器运行时的功率损耗高于两台变压器并列运行时的损耗，故尽量采用两台主变并列运行比较经济；并列运行时，方案二比方案一每年节约电能为：A=A2-A1=12614kW·h，节约电能产生的经济效益十分可观。

（2）从投资上看，1台6300kVA变压器大约需35万元，比购1台4000kVA变压器多花15万元。但反之又节省了1台4000kVA变压器约20万元，加之省去一次架构、二次保护、熔断器、隔离开关、断路器等约30万元，方案二总投资比方案一少35万元，用这笔差价资金是完全可以解决6300kVA变压器的一次开关保护和二次保护及互感器、断路器的更换问题。这样，采用方案二不仅降低了变压器的电能损耗，也大大提高了变压器的保护水平，而且还节省了大量的投资。