主变供电方式与负荷用电节能分析

徐良成

（合肥京东方光电科技有限公司， 安徽 合肥 230013）

引言

变电站是输配电系统中的重要环节，合理地选择配置变电站的运行设备与运行方式，在电网的安全供电和经济运行方面，均有着重要的意义。随着工厂用电量的迅速增长和人民生活水平的提高，对电能质量、技术水平、经济状况、供电的可靠性指标要求也日益提高。变压器运行方式的合理选择，对确保设备和电网的安全稳定运行至关重要。在城网和工业发展计划的推动下，变电站的建设得到了快速发展。在以工业用电作为主导的城市供电情况下，基于工厂各类负荷的大小及利用率在选择变压器容量的经济性和主变的运行方式的投入合理性，尽可能地保障电力系统可靠、稳定的运行，以达到最优的运行效果，实现利益最大化。

1 变压器的运行方式

变压器的经济运行就是充分利用现有的设备条件，通过细致分析和计算，在保障负荷可靠供电的前提下，择优选取运行方式并按变压器的自身参数特点，充分发挥变压器效能，改变变压器运行方式无需增加投资，只要加强用电科学管理，即可达到节电及节省基础用电投资费用。

1.1 变压器的并列运行

将两台或多台变压器的一次侧以及二次侧同极性的端子之间，通过同一母线分别互相连接，这种运行方式就是变压器的并列运行。以某科技公司110 kV变电站为例（以下简称X科技公司），一线和二线同为来自上端的220 kV变电站，从供电可靠性分析，如果两台变压器并列运行，其中一台主变故障时，断路器因保护跳闸使主变退出运行，另外一台主变承担起两条母线下所有负荷的供电需求，使得其所带负荷不间断的稳定运行。

当负荷增加到一台变压器容量不够时，可并列投入第二台变压器，而当负荷减少到不需要两台变压器同时供电时，可将一台变压器退出运行，这样可尽量减少变压器损耗，达到经济运行的目的。同时两台变压器可互为备用，在其中一台变压器故障或维修时，由另一台供给大部分负荷，这样可以提高供电的可靠性。

变压器并列运行要求每个变压器的接线组别、变比、短路电流的参数相同或接近，且两台变压器容量之比不应超过3∶1。

1.2 变压器的分列运行

分列运行是指两台变压器一次母线并列运行，二次母线用联络断路器分断，这时变压器通过各自的二次母线供给各自的负荷，这种运行方式的特点是在故障的状态下的短路电流小，对所在故障母线下的负荷和设备的冲击和损害较小。在故障及检修过程中，影响的范围及时间跨度小，较好地满足对设备的供电要求。

2 变压器容量选择及经济运行

电力变压器是供电系统中的关键设备，其主要功能是升压或降压，以利于电能的合理输送、分配和使用，对变电所主接线的形式及其可靠与经济有着重要的影响。所以正确合理的选择变压器的类型和容量，是极其重要的一项任务。

变压器容量的选择是变配电系统设计中的一个关键问题，选取变压器容量应考虑负荷的大小和性质，对平稳负荷供电的单台变压器，负荷率一般超过50%，对季节性变动较大的变压器，应考虑发展的可能性和运行的合理性、整体的经济效益。整体的经济效益主要考虑一次性投资费用和年运行费用，而一次性投资费用包括：变压器购置费、变压器增容费、与变压器配套的高低压开关柜及线路的投资费、施工费、年运行费用包括固定资产折旧费、维护费、修理费、变压器电能损耗费等。选择变压器容量时，除了考虑上述因素外还应考虑变压器的负载率，以X科技公司为例，鉴于考虑扩容等众多因素的原因，对变压器容量的设计偏大，目前的总负荷率30%左右，因为配电变压器的负载率在0.4～0.6之间效率较高，仍然有较大的节能空间。

3 工厂的负荷特点及经济运行

所谓电力负荷就是使用电能的用电设备消耗的电功率。电力负荷包括异步电动机、同步电动机、各类电弧炉、制冷制热设备、精密设备等，他们分属于工农业、企业、交通运输、科学研究机构和人民生活等方面的各种电力用户。根据电力用户的不同负荷特征，电力负荷可区分为各种工业负荷、农业负荷、交通运输业负荷、生活用电负荷等。

3.1 负荷分类的特点

随着工业化进程的加快，工厂的负荷种类及数量不断增多，一方面负荷多样化的加速，要求电力系统的电能质量及电压的稳定性不断的提升。对于工厂负荷的特点，以X科技公司为例，工厂用电可分为动力设备用电和工艺设备用电，这两种负荷用电占据了全厂约90%的电能配置。动力设备中大功率变频电机以及工艺设备中高精度的设备、仪器，在电力中断或电压波动中及其脆弱，电能质量要求很高。

3.2 负荷利用率分析

负荷率是进行电力设备建设和改造的基础，各分厂工艺设备的实际平均用电负荷率保持在25%以下，电能的利用率保持在较低水平上。

通过对X科技公司2014—2017年间系统的负荷曲线进行分析，负荷率从2014年的14%，到2017年的26%，负荷率有大幅提升。随着生产和建设进入稳定期，负荷的利用率一直稳定在25%～30%之间。

3.3 改变主变运行方式的节能效果

X科技公司三台110 kV主变压器，每台容量均为63 000 kVA，总装机容量为189 000 kVA。由上节对负荷数据统计易知，若停运一台主变，负荷率可保持在50%以内。以2号主变停运为例，1号、3号主变可通过母联带载2号主变下负荷。由于1号、3号主变都来自于A变电站，且参数和型号完全相同，参照变压器并列运行的条件可知，符合并列运行条件，增加了系统运行的稳定性和可靠性。另外，通过减少最大需量，可以为公司节省不小的电费成本，如图3所示为2015年到2017年的最大需量实际统计结果，其中2016年的6—9月份为电力公司停电检修期。在正常运行时段内，连续三年最大需量都维持在60 000 kW以下。因供电营业规则规定：按最大需量收费的用户，申报的最大需量不得低于总容量的40%；因此在运行初期虽然已经考虑采用最大需量40%缴纳容量费，目前每月缴费的最大需量为75 600 kW，但是从最近三年的运行情况来看，实际的最大需量为58 220 kW，仍然存在较大的节能空间。因此，可以向供电公司申请主变减容。

因营业规则允许实际最大需量与申报最大需量有5%的超出幅度，因此，申请减容一台主变，总容量降低为126 000 kVA，最大需量由原来的75 600 kW降低为56 000 kW，降低19 600 kW，容量费每年可节省不小的成本；另外，由于主变停止一台，可减少变压器电损耗功率47 kW，极大地提高变压器容量的利用率，具有较好的经济效益。

4 结论

通过以上分析可知，减容和降需后，为节能降本带来成果，但需提前与供电公司做好相关沟通和协调、以及做好线路切换准备。现将三台主变的运行情况及报停运后主变的运行方式展示如图1所示。

图1 目前运行方式

由图2可以看出，报停前全厂负荷由各主变各自承载，当一台主变故障断电时，厂区各配电室母联开关动作闭合，将负荷分配到其他两台主变上，由于有动作时间，所以对电力设备会有短暂影响。由图2可知，当报停后，1号、3号主变母联开关闭合，2号主变出线开关分断，即可实现并列运行，如其中一台主变发生故障停电，全厂所有负荷通过母联开关完成不间断带载，为了全面确保供电稳定、可靠，仍需要投入少量线路改造及恢复后的预防性试验费用成本。

企业变电站的运行需要综合考虑变压器实际条件和设备负荷运行状况，对于主变的运行方式的选择和改变要求主变的型号和参数满足一定的配置。在满足供电可靠性和稳定性的前提下，减少最大需量对于企业的节能减排、降低成本需求有着十分重要的作用。

图2 报停后运行方式