住宅小区配电变压器的节能运行方案

李文杰

(广西东恒电力设计有限公司，广西 南宁 530021)

在节能型变压器应用方面，油浸S11型及以上或干式变压器SC(B)10型及以上变压器得到推广应用，取得了比较好的节能效果。从运行方案入手，如果能使配电变压器节能运行，那么可降低电能损耗大约30%左右。

1 住宅小区现行配变运行方案

住宅小区的负荷特点是峰谷差比较大，负荷率比较低（30%-40%），最大负荷出现时间一般为17时至22时，最小负荷一般出现在0时至5时。现行的住宅小区供电方案大多是一个供电区域配置一台变压器，变压器的额定容量按满足区域最大负荷选定，变压器容量不能调整。由于变压器容量越大，其空载损耗越高，所以，在负荷较小时使用大容量变压器会出现“大马拉小车”现象，不是经济运行方案；一台变压器的形式的弊端还在于一旦出现故障，就会导致供电瘫痪，不符合“N-1”原则，影响供电可靠性。

2 两台容量相同的变压器运行方案

举例来说，如果某个供电区域需要配置一台额定容量为N1=800千瓦的变压器，按照改进方案，配置两台额定容量为N2=400千瓦的电压器，即N1是的N2的两倍关系。运行的具体实施方案为∶平时仅靠一台长期运行的变压器供电，负荷高峰时另一台投入运行，等高峰期过完之后备用变压器退出运行。这种循环式配电方式的好处在于能够最大限度的降低损耗，并且当一台变压器故障或检修时，另一台变压器可以正常工作，不会因变压器故障造成供电区域全部停电。

3 节能效果分析

3.1 变压器损耗计算公式

有功损耗：△P＝P0＋KTβ2PK；

无功损耗：△Q ＝ Q0＋ KTβ2QK；

综合功率损耗：△PZ= △P+KQ△Q；

年电能损耗：△WZ=8760 ×△PZRS3。

其中：Q0——空载无功损耗（kvar），Q0≈I0%SN；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；β——负荷率，城镇住宅小区估取30%-40%；KT——负载波动损耗系数，一般取KT＝1.05；QK——额定负载漏磁功率 （千耳），QK≈UK%SN；KQ代表无功经济当量（kW/千耳），对城市电网的小功率供电取最小负荷，取 KQ＝0.1kW/kvar；；RS3代表供电可靠率，取99%。

3.2 两台变压器日最大并列运行时间

因为2台小变压器并列运行时其综合功率损耗大于1台大变压器综合功率损耗。所以2台小变压器日并列运行时间不能大于T，否则，电能损耗高于1台大容量变压器电能损耗，该方案不能实现节能目的。

经推导得两台变压器平均每日最大并列运行时间为：T<24(△PZ1/△PZ2-1)。计算时用上述公式计算。本案例经计算得出并列运行时间T＝16。式中△PZ1、△PZ2——大变压器和小变压器的综合功率损耗，由上式求出。

3.3 损耗计算

公式如上所示，先计算出两个小变压器的有功损耗、无功损耗、综合功率损耗和年电能损耗，负荷率取40%，供电可靠率取99.9%。负荷率与有功功率和无功功率大致成平方关系，负荷率是衡量变压器是否节能运行的重要参数。根据以上公式计算值就可以得出结论：用2台小变压器取代1台大变压器供电方案有比较好的节能效果，变压器容量越大，节能效果越明显。

从表1可知，用2台小变压器取代1台大变压器供电方案有比较好的节能效果，变压器容量越大，节能效果越明显。假设1个县城有10个2×S11-400配置供电台区，每年能节约316 MWh左右的电能，有明显的推广应用价值。

表1 节能效果对比表

4 设备配置和投资估算

两台容量相同变压器配置方案按照安装方式不同可分为户外柱上安装方式、户内配电室安装方式和箱式变安装方式，关键设备有变压器高压和低压侧断路器，变压器自动投切控制器。

4.1 断路器设备

断路器设备应具备遥控、遥信接口，每天能够进行合分操作1至2次。

户外柱上安装方式每台变压器高压侧配置1台电动操作的断路器，每台变压器低压侧配置1台断路器，断路器类型与单台变压器供电方案相同。为了节省投资，一台长期运行的变压器高压侧可以不配断路器。

户内配电室安装方式和箱式变安装方式中断路器类型与单台变压器供电方案相同。在户内配电室设计时，有的配电室已经按2台配变设计，这样的配电室很容易实现2台配变按日负荷曲线运行方案。

4.2 变压器自动投切控制器

变压器自动投切控制器要求具备能根据负荷大小通过自动分合相应的变压器高低压断路器的功能。此功能可以集成于负荷管理终端、变压器监控终端或无功补偿控制器中，因此就要求这三种设备必须具有测量荷载大小的功能，尤其是能够交流采样的负荷管理终端，这样一来只要稍作改动就可以在变压器自动投切控制器上使用。

4.3 新增投资与回收期估算

新增投资主要集中于变压器高压侧断路器上，经过对比计算，户外配置方式的投资最大，回收期也最长，所以该方案不做优先考虑。室内配电室方式和箱式的投资较少，应该优先采用本文所述的方案。如果本身配电室已经采用两台变压器形式，那么本文所述方案的优势将更加突出。容量在630kVA以下的一台小变压器与大变压器的价格比较的话基本相当，但容量在630 kVA以上的两台小变压器加起来比大的稍贵。因此，630以上的大容量变压器更换为2台小容量变压器的更为经济。

5 结语

综上所述，本研究所描述的住宅小区配电变压器节能运行方案具有比较好的供电可靠性和经济效益；该方案较适合平均日负荷峰谷差比较大的供电区域；该方案较适用于配电室方式和箱式变供电方式。

［1］方向晖.中低压配电网规划与设计基础[M].北京∶中国水利电力出版社,2004.