供電負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與變壓器的容量選擇

董征森

（山東曹縣供電公司，山東 曹縣 274400）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)服務(wù)的要求越來越高，要求電力供應(yīng)安全、可靠，滿足用電需求；對(duì)電力企業(yè)而言，又有降損節(jié)能的要求。在變電站新建、擴(kuò)建和變壓器增容等具體工作中，選擇變壓器的容量主要考慮供電區(qū)域內(nèi)的供電負(fù)荷的大小和變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。變壓器容量選擇得當(dāng)，不僅節(jié)約變壓器及其配套裝置的一次性投資，而且能夠有利于降損節(jié)能，達(dá)到變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少運(yùn)行、維護(hù)的費(fèi)用；同時(shí)，根據(jù)負(fù)荷的多少和各變壓器容量，可靈活采用變壓器獨(dú)立運(yùn)行、并列運(yùn)行等方式，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 選擇變壓器容量的原則

變電站內(nèi)變壓器容量和臺(tái)數(shù)是影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素，應(yīng)根據(jù)地區(qū)供電條件、負(fù)荷性質(zhì)、運(yùn)行方式和用電容量等條件綜合考慮確定。總的來說，對(duì)變壓器容量大小的選擇具體取決于區(qū)域負(fù)荷的現(xiàn)狀和增長(zhǎng)速度、上一級(jí)電網(wǎng)提供負(fù)載的能力、與之相聯(lián)結(jié)的配電裝置技術(shù)和性能指標(biāo)，取決于負(fù)荷本身的性質(zhì)和對(duì)供電可靠性要求的高低等等，新建、擴(kuò)建和改造過程中，變壓器增容的容量和臺(tái)數(shù)，一般根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程，考慮如下因素：

1）變壓器額定容量應(yīng)能滿足供電區(qū)域內(nèi)用電負(fù)荷的需要，即滿足全部用電設(shè)備總負(fù)荷的需要，以便投入運(yùn)行后能常年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，避免變壓器長(zhǎng)期處于過負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。新建變電站要合理選擇變壓器的容量，使變壓器的負(fù)荷率最佳，其運(yùn)行效率最高，損耗最低。投產(chǎn)初期變壓器的負(fù)載率盡量接近最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載系數(shù)，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)大于3000h時(shí)可取 0.6～0.7，最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)小于3000h時(shí)可取 0.75～1.0；變壓器容量應(yīng)滿足 5～10年規(guī)劃負(fù)荷的需要，為今后供電區(qū)域負(fù)荷增長(zhǎng)保留了足夠的容量裕度，防止不必要的擴(kuò)建和增容。

2）對(duì)一般負(fù)荷的變電站，變電站一般裝設(shè)兩臺(tái)以上變壓器，保證供電運(yùn)行方式靈活，提高供電可靠性。單臺(tái)變壓器容量的選擇不宜過大和過小，主變單臺(tái)容量應(yīng)根據(jù)供電區(qū)域的負(fù)荷密度進(jìn)行選擇，要預(yù)留負(fù)荷發(fā)展和擴(kuò)建的可能，實(shí)現(xiàn)變電站容量由小到大。一般認(rèn)為變壓器負(fù)荷率為額定容量的70%～80%較合適，對(duì)主變壓器則應(yīng)盡量按最大需求量選擇容量。當(dāng)任何一臺(tái)變壓器停運(yùn)時(shí)，其負(fù)荷自動(dòng)轉(zhuǎn)移至正常運(yùn)行的變壓器，此時(shí)變壓器的負(fù)荷不應(yīng)超過其短時(shí)容許的過載容量，以后再通過電網(wǎng)操作將變壓器的過載部分轉(zhuǎn)移走，例如變電站之間的拉手互供方式；對(duì)于供電區(qū)域內(nèi)的重要用戶，變電站內(nèi)每臺(tái)變壓器的容量不小于最大計(jì)算負(fù)荷的60%，一臺(tái)變壓器在故障或停電檢修狀態(tài)下，另外變壓器的容量在過負(fù)荷能力允許時(shí)間內(nèi)，能保證用戶的一級(jí)和二級(jí)負(fù)荷。

3）變壓器容量選擇要因地制宜，既要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資的節(jié)約，又要考慮國(guó)家降損節(jié)能政策和變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行中的功率損耗，對(duì)新上的變壓器應(yīng)優(yōu)先選用損耗參數(shù)良好、節(jié)電效果大、經(jīng)濟(jì)效益好、投資收回期短的新型變壓器，符合國(guó)家相關(guān)能效標(biāo)準(zhǔn)。這樣，雖然短期增加了購(gòu)買設(shè)備的投資，但這樣新型的變壓器能夠節(jié)約能源，減少電量損耗，多投資部分靠節(jié)約電量的電費(fèi)，短時(shí)期即可收回。

4）為滿足供電N-1的可靠性準(zhǔn)則，變壓器容量的選擇除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態(tài)下，減少供電引起的經(jīng)濟(jì)損失和對(duì)社會(huì)的影響；對(duì)變電站密集區(qū)，由于變電站之間存在聯(lián)絡(luò)供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量選擇可以適當(dāng)減小，正常條件下分區(qū)域各自供電，當(dāng)不能滿足供電輸出時(shí)，通過運(yùn)行方式的調(diào)整，可以靠周邊的變電站通過聯(lián)絡(luò)線帶部分負(fù)荷。

2 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件和要求

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在確保變壓器安全運(yùn)行和保證供電量的基礎(chǔ)上，通過對(duì)變壓器進(jìn)行合理配置，擇優(yōu)選取變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式，對(duì)變壓器負(fù)載實(shí)施經(jīng)濟(jì)調(diào)整，從而最大限度地降低變壓器的電能損耗。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的實(shí)質(zhì)就是變壓器節(jié)電運(yùn)行。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式由供電區(qū)域內(nèi)的供電負(fù)荷與變壓器容量、臺(tái)數(shù)確定，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與變電站內(nèi)變壓器的臺(tái)數(shù)、容量和性能參數(shù)密切相關(guān)。在變壓器設(shè)計(jì)選型、運(yùn)行檢修，變電站建設(shè)、擴(kuò)建及改造時(shí)，我們都要將變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的相關(guān)條件和要求考慮到。實(shí)現(xiàn)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，應(yīng)具備和滿足以下條件和要求。

1）變電站內(nèi)的變壓器要合理配置

新建變電站分期建設(shè)，要結(jié)合最終規(guī)模和負(fù)荷增長(zhǎng)情況確定一期變壓器的容量。變壓器的負(fù)載率應(yīng)接近最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，一般在75%以下為最佳，若短期內(nèi)不進(jìn)行擴(kuò)建，變壓器不宜滿負(fù)荷運(yùn)行。選用變壓器的技術(shù)參數(shù)，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負(fù)載損耗基本相同時(shí)，盡量選用空載損耗小的變壓器，負(fù)載損耗滿足國(guó)標(biāo)《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》。

對(duì)于擴(kuò)建、改造的變電站，選擇主變?nèi)萘繒r(shí)，一定要滿足與站內(nèi)現(xiàn)有的變壓器技術(shù)參數(shù)相匹配，滿足主變并列經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件；另外，還要深入現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察，新的增容、擴(kuò)建方案實(shí)施時(shí)可操作性要強(qiáng)，看場(chǎng)地是否足夠，原設(shè)備基礎(chǔ)是否滿足新設(shè)備安裝的要求，施工是否安全、方便等；同時(shí)，還要考慮增容更換變壓器長(zhǎng)時(shí)間停電時(shí)，對(duì)供電用戶和社會(huì)可能帶來的不良影響等，改、擴(kuò)建方案科學(xué)合理，減少供電企業(yè)改、擴(kuò)建的費(fèi)用。

2）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)在優(yōu)選運(yùn)行段運(yùn)行

單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)平均負(fù)載系數(shù)，β的上限為1，下限為Pk/Po，（其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負(fù)載損耗）；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選運(yùn)行段的平均負(fù)載系數(shù)，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。現(xiàn)在，變壓器制造技術(shù)水平的不斷提高，變壓器的效率較高，變壓器的空載損耗大幅度降低，變壓器的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載系數(shù)也在降低。

3）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式有多種，應(yīng)根據(jù)不同運(yùn)行條件采用相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。

（1）并列運(yùn)行的雙（三）繞組變壓器時(shí)，根據(jù)負(fù)載特性曲線比較兩條負(fù)載特性曲線確定組合（含單臺(tái)）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。當(dāng)負(fù)載特性曲線無交點(diǎn)時(shí)，選用綜合功率空載損耗較小的變壓器運(yùn)行。有交點(diǎn)時(shí)，將變壓器總平均視在功率（S）與臨界綜合負(fù)載視在功率（SLZ）對(duì)比：S＜SLZ時(shí)，選用綜合功率空載損耗值較小的變壓器運(yùn)行；S＞SLZ時(shí)，選用綜合功率額定負(fù)載損耗值較小的變壓器運(yùn)行。

變壓器并列運(yùn)行是提高變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的有效方式。變壓器并列運(yùn)行應(yīng)滿足并聯(lián)條件，即聯(lián)結(jié)組別與相位關(guān)系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調(diào)壓范圍內(nèi)的每級(jí)電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動(dòng)勢(shì)差，產(chǎn)生循環(huán)電流；短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(nèi)，容量比在0.5～2之間。變壓器并列運(yùn)行可根據(jù)用電負(fù)荷大小來進(jìn)行投切，當(dāng)負(fù)荷增加到一臺(tái)變壓器容量不夠用時(shí)，則可并列投入一臺(tái)變壓器，而當(dāng)負(fù)荷減少到不需要兩臺(tái)（或多臺(tái)）變壓器同時(shí)供電時(shí)，可將一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行，盡量減少變壓器本身的損耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

在并列運(yùn)行中，為保證負(fù)荷分配均勻，短路阻抗不同的并列變壓器，可適當(dāng)提高短路阻抗高的變壓器的二次電壓，防止短路阻抗和容量小的變壓器過載，而容量大和短路阻抗大的變壓器欠載。

（2）分列運(yùn)行的雙繞組變壓器時(shí)，在總供電負(fù)載不變的情況下，對(duì)二次側(cè)有聯(lián)絡(luò)線的應(yīng)對(duì)共用一臺(tái)或兩臺(tái)分列運(yùn)行方式進(jìn)行比較選擇。在采用一臺(tái)變壓器滿足總供電負(fù)載的情況下，應(yīng)對(duì)兩臺(tái)分列運(yùn)行變壓器的空載損耗和額定負(fù)載損耗進(jìn)行比較，選擇總損耗最低的為共用變壓器，再對(duì)選定共用變壓器與兩臺(tái)變壓器分列運(yùn)行方式進(jìn)行比較，選擇出綜合功率損耗小的運(yùn)行方式。

4）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要進(jìn)行負(fù)載經(jīng)濟(jì)調(diào)整

（1）雙（三）繞組變壓器分列運(yùn)行時(shí)，應(yīng)合理分配變壓器間負(fù)載，使變壓器總功率損耗最小。對(duì)于單獨(dú)運(yùn)行的三繞組變壓器，應(yīng)通過變壓器二次側(cè)和三次側(cè)繞組負(fù)載的合理分配，使變壓器總的綜合功率損耗最小。變壓器綜合功率的負(fù)載經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)可通過計(jì)算公式計(jì)算。

（2）負(fù)載經(jīng)濟(jì)調(diào)整的方法手段。在總用電量不變的情況下，為降低綜合功率損耗率，應(yīng)采用調(diào)整變壓器負(fù)荷率、調(diào)整變壓器相間不平衡負(fù)載和削峰填谷等技術(shù)措施。

建立在安全可靠供電的前提條件下，在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合損耗率小的變壓器投入運(yùn)行，要按上述負(fù)載經(jīng)濟(jì)調(diào)整的方法手段進(jìn)行調(diào)整負(fù)載。對(duì)負(fù)載集中地區(qū)，供電可靠性要求較高的用戶，備用變壓器應(yīng)有可靠的自動(dòng)投入裝置相配套，當(dāng)運(yùn)行變壓器故障不能運(yùn)行時(shí)應(yīng)自動(dòng)投入運(yùn)行，確保不中斷正常供電。當(dāng)并列運(yùn)行的變壓器中有一臺(tái)損壞或需要檢修時(shí)，要迅速將之從電網(wǎng)中切除，不影響其它變壓器正常運(yùn)行，減少了故障和檢修時(shí)的停電范圍和次數(shù)。

3 變壓器容量選擇的應(yīng)用

近幾年來，隨著城、農(nóng)網(wǎng)改造的進(jìn)度加大，每年都要進(jìn)行變電站的新建、擴(kuò)建和變壓器增容等工作?，F(xiàn)舉例說明供電負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與變壓器的容量選擇在變電站改造中的具體應(yīng)用。

35kV某變電站，原有兩臺(tái)4000kVA主變壓器，主要負(fù)荷是鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)與居民生活用電等。一般正常負(fù)荷達(dá)2500kVA，最高可達(dá)4000kVA，變電站原有兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)可以滿足其用電需要。今年又要新增1200kVA負(fù)荷，該變電站原有變壓器的容量只能長(zhǎng)期并列運(yùn)行才能滿足需要，因此必須增加變電站變壓器的容量。變電站主變?cè)鋈莞脑鞎r(shí)，方案一：在原有兩臺(tái)主變的情況下再增加 1臺(tái)4000kVA變壓器，隨負(fù)荷變化并列或停運(yùn)1～2臺(tái)變壓器；方案二：將其中一臺(tái)4000kVA主變壓器換成一臺(tái)6300kVA變壓器?，F(xiàn)按GB/T 13462-2008《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》的要求對(duì)兩種方案分別進(jìn)行論證比較分析。新增及原運(yùn)行變壓器損耗參數(shù)如表1。

表1 新擴(kuò)建及原運(yùn)行變壓器損耗參數(shù)比較表

表中*的數(shù)據(jù)為參照GB/T6451《三相油浸電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》給出的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。

1）變電站變壓器增容方案一：擴(kuò)建新間隔，增加一臺(tái)4000kVA的主變，最大負(fù)載5200kW時(shí)進(jìn)行運(yùn)行分析論證。

（1）當(dāng)原兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，變壓器的負(fù)載系數(shù)（假定變壓器并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)載平衡）

β=S/Sn=5200kVA/8000kVA=65%。

兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的有功損耗分別為⊿P1= P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=16.89kW。⊿P2= P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=16.86kW。

總損耗功率⊿P=⊿P1+⊿P2=33.75kW，同時(shí)也可得出乙變（2#）的損耗特性優(yōu)于甲變(1#)。

（2）若增加第三臺(tái)變壓器，則變壓器的負(fù)載系數(shù)

β=S/Sn=5200kVA/12000kVA=43.3%。

三臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的有功損耗分別為

?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。

總損耗功率?P=?P1+?P2+?P3=31.12kW。

三臺(tái)變壓器運(yùn)行較原兩臺(tái)運(yùn)行每年節(jié)約電能：

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

2）變電站變壓器增容方案二：若更換其中一臺(tái)4000kVA變壓器為一臺(tái)6300kVA變壓器，最大負(fù)載為5200kW時(shí)運(yùn)行分析論證。

（1）若單臺(tái)SZ9-6300/35的變壓器運(yùn)行時(shí)：

其負(fù)載系數(shù)

β=S/Sn=5200kVA/6300kVA=82.54%

變壓器的有功損耗

?P1= P0+β2PK=7.3kW+β241kW=101.69kW

（2）若兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)：

其負(fù)載系數(shù)

β=S/Sn=5200kVA/10300kVA=50.5%。

由上述分析可知，乙變（2#）的損耗特性優(yōu)于甲變（1#），故選擇用6300kVA變壓器替換甲變（#1）。兩臺(tái)變壓器的有功損耗分別為

?P1= P01+β2PK1=7.3kW+β241kW=17.75kW

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

總功率損耗?P=⊿P1+?P2=29.68kW

該方案兩臺(tái)變壓器運(yùn)行較原兩臺(tái)運(yùn)行每年節(jié)約電能為

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

3）由以上兩方案分析可知：

（1）方案二中單臺(tái)SZ9-6300/35的變壓器運(yùn)行時(shí)的功率損耗高于兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行時(shí)的損耗，故盡量采用兩臺(tái)主變并列運(yùn)行比較經(jīng)濟(jì)；并列運(yùn)行時(shí)，方案二比方案一每年節(jié)約電能為：A=A2-A1=12614kW·h，節(jié)約電能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

（2）從投資上看，1臺(tái)6300kVA變壓器大約需35萬元，比購(gòu)1臺(tái)4000kVA變壓器多花15萬元。但反之又節(jié)省了1臺(tái)4000kVA變壓器約20萬元，加之省去一次架構(gòu)、二次保護(hù)、熔斷器、隔離開關(guān)、斷路器等約30萬元，方案二總投資比方案一少35萬元，用這筆差價(jià)資金是完全可以解決6300kVA變壓器的一次開關(guān)保護(hù)和二次保護(hù)及互感器、斷路器的更換問題。這樣，采用方案二不僅降低了變壓器的電能損耗，也大大提高了變壓器的保護(hù)水平，而且還節(jié)省了大量的投資。

4 結(jié)論

變電站供電負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和變壓器的容量選擇關(guān)系密切，影響到供電企業(yè)安全和經(jīng)濟(jì)效益。我們要認(rèn)真執(zhí)行《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》、《電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》等國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，綜合供電區(qū)域內(nèi)的各類因素，加強(qiáng)對(duì)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行管理和評(píng)價(jià)，發(fā)揮變壓器良好的節(jié)能技術(shù)指標(biāo)，達(dá)到供電負(fù)荷、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與變壓器容量的優(yōu)化和統(tǒng)一。

[1]DL/T 572-1995.電力變壓器運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]DL/T 5118-2000.農(nóng)村電力網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].

[3]GB/T 13462-2008.電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[S].

[4]GB/T 13499-2002.電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則[S].

[5]GB/T 6451-1995.三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求[S].