站用变压器在小型水利水电工程中的应用探究

肖天泽

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

站用变压器在小型水利水电工程中的应用探究

肖天泽

（广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510635）

小型水利水电工程，如小型水力发电厂或排涝泵站，其年利用小时数较低，非发电（非排涝）工况时间较长，导致其主变压器的空载损耗较大。针对该种情况，设置可满足电站最小负荷要求的站用变压器在机组停机时运行，可减少主变的空载损耗。但在较多工程设计中，站用变的配置并不能达到很好的节能效果，且经济性较差。对此，通过若干工程实例来分析设计中存在的误区，并提出较为详细的应用条件以及设计依据，使设计更加合理，达到预期的降耗节能效果。

水利水电；节能；变压器；空载损耗

小型水力发电站的年利用小时数往往不高，因此其主变压器往往长期处在接近于空载运行的状态，这就造成了主变较大的空载损耗。取水泵站年利用小时数较高，不存在此类问题，但与之相反，电排站的排涝时间仅仅数百小时，主变存在损耗较大。因此在设计当中大多为小型水力发电厂与电排站配置站用变压器，使其作为非发电（非排涝）时间的电源，以此低空载损耗。

1 站用变的应用分析

小型水利水电工程技术成熟，原理相对简单，因此在设计中往往凭借经验：只要年利用小时数低，或主变与站用变容量比高，就设置站用变，便可以有效地降低主变的空载损耗。但经过对多数工程实例进行探究后发现，这种设计思路由于考虑因素过于单一，往往不能达到预期的节能降耗效果。本文通过对若干工程实例的分析，探究了站用变压器在小型水利水电工程中的应用条件。

1.1 经验设计的局限

年利用小时数低，主变与站用变容量比高，往往不能作为设置站用变的全部条件，很多因素也应考虑在内，以下通过实例一与实例二给出分析。

实例一：某水电厂装机容量为2x250kW，母线电压0.4kV；主变容量630kVA，站用变压器50kVA，两变压器容量相差12倍；年利用小时为3000小时左右，在不发电的时间，水电站近5000小时处于值班值守的状态。在不发电状态下，50kVA站用变压器接近满载运行，功耗以照明功耗、二次设备能耗为主，同时在母线上连接有管理楼负荷30kW以及附近自然村负荷30kW。电站的主接线图如图1所示。

从电站的数据可以看出，停机时间长、主变容量与站用变容量比很大，站用变的投入必然会大大减小主变的空载损耗，但实际是否如此，以下将给出分析计算。

根据《水电站机电设计手册》P32，变压器损耗公式如下：

A——变压器损耗电能（kWh）

PO——变压器空载损耗（kW）

Pm——变压器负载损耗（kW）

T——变压器运行时间（h）

τ——变压器损耗小时数（h），可参照《水电站机电设计手册》P32表1-24得出。

又根据《干式变压器技术参数和要求》GBT 10228-2008，提取干式变压器的损耗数据，如表1所示。

图1 某0.4kV小型水利发电厂主接线

表1 干式变压器损耗国家标准

发电工况计为3000小时，主变压器能耗：

非发电工况按5000小时计，若不投入站用变，主变压器损耗：

上式可以看出当电站处于非发电工况，变压器的损耗主要来自于630kVA主变压器的空载损耗。

在非发电工况下，断开主变，投入站用变压器，其损耗为：

损耗差值：

由此看出为电站配置站用变之后损耗仅减少2325kWh，节能效果并不理想，相比于需要增加的变压器、高压开关设备、低压断路器以及电缆等设备，需要约4万元的投资，这是十分不经济的。

经过对计算过程进行探究，发现在非发电工况下，负载主要来自于电站生活区与附近自然村的负荷，且负荷较大，这使得站用变压器的负载损耗很大，这便相当于以50kVA站用变压器的负载损耗代替了630kVA主变的空载损耗，两者相差并不大，所以没有达到预期的节能效果。

由此看出，当电站年利用小时数低、主变与站用变容量比高的电站配置站用变，并不一定能起到节能效果。站用负荷的大小也应考虑在内，当非发电工况下站用负荷较大，配置站用变压器并不科学。

实例二：相较实例一，电排站的年利用小时数更低，一般在200小时左右，配置站用变的效果一定会更佳，但实际站用变的配置效果也不理想。

某电排站主变压器315kVA，空载损耗0.99kW，负载损耗3.67kW，站用变压器50kVA，空载损耗0.31kW，负载损耗1.06kW。排涝时间按200h计，非排涝状时间按3000小时计。 采用类似于实例一的算法，非排涝时段315kVA变压器产生的损耗：A4≈3000kWh。50kVA变压器产生能耗：A5≈1270kWh。315kVA变压器与50kVA变压器的损耗差值：

A4-A5=3000-1270=1730kWh

由以上计算结果可见，节能效果也并不理想。造成这种情况的原因主要是由于电站总容量小，主变容量小，空载损耗本就不大。相较于站用变压器以及相应开关、电缆等设备的投资，节省的电能非常有限。

通过实例二可看出，在年利用小时数已经很低的电排站中应用站用变，没有考虑电站总容量的大小，节能效果也一样不理想。

1.2 以计算为基础应用条件

从以上分析可以看出，年利用小时数小、主变与站用变容量比大，都不可作为应用站用变的全部条件，电站容量、站用变负荷大小等因素也应考虑在内，考虑点较多，且没有较有力的数据作为支撑。笔者认为，通过应用变压器能耗计算公式，计算出主变与站用变在非发电（排涝）时的能耗差值，才是判断是否起到降耗效果的关键因素。并通过实例三，以单位功率投资为标准作为判定方法，来加以分析说明。

实例三：某水电厂装机容量为550kW，主变容量800kVA，站用变容量100kVA，母线电压0.4kV，年利用小时为2500小时，不发电时，最低负荷视在功率约25kVA。

发电工况下800kVA变压器的能耗：

通过对比计算，在非发电工况下，站用变压器比主变压器的损耗减少了9434.5-2902.9=6531.6kWh，变压器总能耗损失降低了

电站的节能效果判断：

2 结论

通过对三个实例的计算分析，可知在0.4kV的小型水电工程设计当中，年利用小时数低、主变与站用变容量比高，并不能作为应用站用变的全部条件，电站容量、站用变负荷的容量大小也应考虑在内。因此，经验设计有时并不可靠，需要借助变压器能耗计算公式来得出非发电（排涝）工况下的主变能耗，才能得出判断：能耗差值越大，站用变的应用越合理。特别对于小型水电厂，将能耗差值与设备投资换算得出每千瓦投资，与上一年的水电厂平均成本作比较，可作为判断应用站用变合理与否的标准。

在设计工作中，经验判断并不完全可靠，符合理论依据的分析计算才是评判设计是否合理的标准。当根据经验无法得出肯定的结论时，不妨查找公式并作出计算，才能使设计趋于合理。

[1] 水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册—电气一次[M].北京：水利电力出版社，1982.

[2] 干式变压器技术参数和要求GBT 10228-2008[Z].

[3] 李定中.国水电开发的新常态[C].2015年水利水电工程学会电气学术交流会论文集，2015.

The Application Research of Auxiliary Transformer in Small Hydraulic and Hydropower Project

XIAO Tian-ze
(Guangdong Provincial Investigation, Design and Research Institute of Water Conservancy and Electric Power,Guangzhou 510635, China)

The no-load loss of main transformer is very high in small hydraulic and hydropower project such as small hydropower station and drainage pump station. In order to solve this problem, an auxiliary transformer is commonly utilized when the station stays in standby mode. However, in many projects this method does not achieve the expected energy saving target. In this article, the reasons are analyzed and the application misunderstandings are illustrated with several projects as examples. Detailed design basis and modified plan are given to ensure the design is more effective and economical.

hydroelectric; energy saving; transformer; no-load loss

TM407

A

1672-2841（2016）01-0036-03

2016-02-25

肖天泽，男，助理工程师，硕士，主要从事水利电气技术电气一次设计工作。