主变压器有载调压和经济运行的探讨

2014-12-16孙国付

沈阳工程学院学报（自然科学版） 2014年1期

孙国付

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1 研究目的和意义

随着我国电力工业的迅速发展，电网覆盖地域逐步扩大，与此同时对电力供应的需求及电能质量的要求也不断提升.然而，受诸多方面因素的影响，电压质量的问题显得尤为突出，它关系到电力企业和电力用户的经济效益，一旦出现电压偏离、忽高忽低等现象，将严重影响电力供应的稳定性，严重时可能导致电压崩溃而造成电力系统瓦解.因此，提高电压质量，保证电力系统稳定经济运行是一个亟待解决的问题.主变压器有载调压研究的现实意义为:

1)提高输出电压质量，对电力系统稳定运行具有重要作用.

2)降低网络损耗，降低对电气设备的冲击力，从而提高电力系统的经济效益.

2 电力系统的电压调整

2.1 电压调整的几种方式

1)发电机调压.改变发电机端电压是最直接的调压手段.表1为发电机调压方式在不同类型供电系统中的调压分析.

表1 发电机调压方式在不同类型供电系统中的调压分析

2)变压器变比调压.根据调压要求选择适当的变压器分接头，此种调压方式应用在无功充足的电力系统中.系统无功不足将引起电压水平下降，此时调节分接头将使无功潮流发生变化，无功更加不足，电压水平继续下降，形成一个恶性循环的局面，严重时将造成系统电压崩溃.

3 有载调压变压器的类型

有载调压变压器对提高电压可靠性、改善调压开关的特性起着重要作用，它有多种类型:①传统机械式;②辅助线圈型;③电力电子开关型.其中机械式调压变压器应用最为广泛.

3类新型有载调压变压器的比较如表2所示.

表2 三类新型有载调压变压器的比较

有载调压应根据电力系统的实际运行状态进行动态调节分接头，随着电力电子技术的发展，特别是晶闸管技术的发展，传统的机械式有载调压技术必将被新型的有载调压技术所取代.在电路设计的过程中，应考虑晶闸管的可靠性、耐压性、散热能力以及成本等问题，确保有载调压装置的经济性可靠，以便使新型变压器有载调压技术在工业化生产中得到广泛应用.

4 运行电压对电网损耗的影响

配电线路中各段有功损耗为

配电线路中各段无功损耗为

变压器有功损耗为

总损耗为

式中:rij为节点i、j之间配电线路电阻/Ω;

xij为节点 i、j之间配电线路电抗/Ω;

RT为配电变压器的等值电阻/Ω;

P0为配电变压器空载损耗/kW;

ΔPS为配电变压器短路损耗/kW;

β为配电变压器变压器的负载率即平均负载系数;

US为配电变压器短路电压百分值/%;

I0为配电变压器空载电流百分值/%;

UN为配电变压器额定电压/kV.

由此可推出配电网的功率损耗为

其中，前者为配电网的可变功率损耗(铜损)，后者为配电网的固定功率损耗(铁损).

式中:Pi为电源首端注入的有功功率/kW;

Qi为电源首端注入的无功功率/kW;

∑P0为配电网的总励磁损耗/kW;

Pi为额定电压下的配变空载损耗/kW;

Ui为电网运行电压/kV;

UN为电网运行电压/kV;

RL为电网线路与配变的等值电阻/Ω;

RT为电网线路与配变的等值电阻/Ω.

当配电网在短期内的网络结构参数和用电负荷特性基本稳定时，其中可变损耗与U2存在着反比的关系，U提高，可变损耗下降;固定损耗与U2成正比，U提高，固定损耗上升.由以上分析可知，运行电压的变化规律与电网损耗的变化方向是相反的，整个电网的功率损耗取决于在带负荷运行下电网可变损失率与固定损失率的组成比例.当可变损失率占主导时，电压提高，功率损耗下降;反之，当固定损失率占主导时，电压提高，功率损耗反而上升.因此，这一运行电压对电网损耗的影响规律，为解决合理调压、降低损耗问题提供了方向.

4 实例分析

随着负荷率的变化，在调整网络运行电压接近经济电压之前，应以“功率损耗最小”为原则，才能保证线路首末两端电压能够高质高效的输出，而装有有载调压变压器和并联电容器组的变电站，是控制馈出线电压质量的重要场所.表3为沈阳市水家变电所结合全网网损进行电压与损耗的定性分析而做出的线路统计.表4为线路矩阵计算调压后各线功率损耗及总损耗结果比较.

表3 变电所线路统计表

表4 各线功率损耗及总损耗结果比照

1)从表4中数值可以看出，负载率升高，各条线路有功损耗及总损耗随之升高.

2)以水孙乙干线为例，由图1可以清楚地看出，负载率越高，损耗最小时的调压级别越高，即调压级别对应的经济电压向变大的方向移动，而此时网络的实际电压下降;负载率越低，损耗最小时的调压级别越低，即调压级别对应的经济电压向变小的方向移动，而此时网络的实际电压上升.

3)负载率为40%时，调压对各干线有功功率损耗值的影响如图2所示.各条线路经济电压级别分别为水孙甲干线9级、水古干线8级、水孙乙干线8级、水李干线6级.变压器母线只能调整电压至某一级别，不能同时满足4条线路，所以4条线路总有功功率损耗最小时的调压级别为7级，即电压为(1+2×2.5%)UN.

4)按损耗走向绘制图3，4条线路中，水孙甲干线线路较长，变压器较多，有功损耗也较大，水李线与之相反.从图3中可以看出，调整母线电压对水孙甲干线和水李线这2条线路节点电压影响比较明显.所以在调整变电所母线电压时，应着重考虑配电网中线路变压器台数的数量和输电线路的长短.

根据计算结果分析，在电压合格的前提下，应以“损耗最小”为原则并综合考虑每条线路的有功损耗和总损耗，以此来选择经济电压.

图1 负载率变化的情况下调压对损耗的影响

图2 相同负载且不同线路调压对损耗的影响

图3 调压与损耗的关系走向

5 调压效果及降损的经济效益

采用经济运行方式，调整电压为经济电压后，水家变电所年电量损耗可以减少约6万度，每度电按0.5元计算，年节约资金可达30 000元.因此，充分利用水家变电所实际运行的资料，分析各季节的负荷变化规律，并分时段及时调整变电所主变分接头进行有载调压，在充分利用无功装置和有载调压装置的基础上，力求以较少的调整次数实现较大的经济调压效果，是对无功补偿装置及主变有载调压资源的一种充分合理的利用，也是在保证电压质量的前提下节能降损的重要措施，从而提高设备的利用率和电网的经济效益.

总之，随着电网降损节能工作的进一步开展，有载调压措施的优越性越来越明显，因而有着不可低估的应用前景.