住宅小區(qū)配電變壓器的節(jié)能運(yùn)行方案

李文杰

(廣西東恒電力設(shè)計(jì)有限公司，廣西 南寧 530021)

在節(jié)能型變壓器應(yīng)用方面，油浸S11型及以上或干式變壓器SC(B)10型及以上變壓器得到推廣應(yīng)用，取得了比較好的節(jié)能效果。從運(yùn)行方案入手，如果能使配電變壓器節(jié)能運(yùn)行，那么可降低電能損耗大約30%左右。

1 住宅小區(qū)現(xiàn)行配變運(yùn)行方案

住宅小區(qū)的負(fù)荷特點(diǎn)是峰谷差比較大，負(fù)荷率比較低（30%-40%），最大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間一般為17時(shí)至22時(shí)，最小負(fù)荷一般出現(xiàn)在0時(shí)至5時(shí)?，F(xiàn)行的住宅小區(qū)供電方案大多是一個(gè)供電區(qū)域配置一臺(tái)變壓器，變壓器的額定容量按滿足區(qū)域最大負(fù)荷選定，變壓器容量不能調(diào)整。由于變壓器容量越大，其空載損耗越高，所以，在負(fù)荷較小時(shí)使用大容量變壓器會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，不是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案；一臺(tái)變壓器的形式的弊端還在于一旦出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致供電癱瘓，不符合“N-1”原則，影響供電可靠性。

2 兩臺(tái)容量相同的變壓器運(yùn)行方案

舉例來說，如果某個(gè)供電區(qū)域需要配置一臺(tái)額定容量為N1=800千瓦的變壓器，按照改進(jìn)方案，配置兩臺(tái)額定容量為N2=400千瓦的電壓器，即N1是的N2的兩倍關(guān)系。運(yùn)行的具體實(shí)施方案為∶平時(shí)僅靠一臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器供電，負(fù)荷高峰時(shí)另一臺(tái)投入運(yùn)行，等高峰期過完之后備用變壓器退出運(yùn)行。這種循環(huán)式配電方式的好處在于能夠最大限度的降低損耗，并且當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器可以正常工作，不會(huì)因變壓器故障造成供電區(qū)域全部停電。

3 節(jié)能效果分析

3.1 變壓器損耗計(jì)算公式

有功損耗：△P＝P0＋KTβ2PK；

無功損耗：△Q ＝ Q0＋ KTβ2QK；

綜合功率損耗：△PZ= △P+KQ△Q；

年電能損耗：△WZ=8760 ×△PZRS3。

其中：Q0——空載無功損耗（kvar），Q0≈I0%SN；P0——空載損耗（kW）；PK——額定負(fù)載損耗 （kW）；SN——變壓器額定容量（kVA）；I0%——變壓器空載電流百分比；β——負(fù)荷率，城鎮(zhèn)住宅小區(qū)估取30%-40%；KT——負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)，一般取KT＝1.05；QK——額定負(fù)載漏磁功率 （千耳），QK≈UK%SN；KQ代表無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kW/千耳），對(duì)城市電網(wǎng)的小功率供電取最小負(fù)荷，取 KQ＝0.1kW/kvar；；RS3代表供電可靠率，取99%。

3.2 兩臺(tái)變壓器日最大并列運(yùn)行時(shí)間

因?yàn)?臺(tái)小變壓器并列運(yùn)行時(shí)其綜合功率損耗大于1臺(tái)大變壓器綜合功率損耗。所以2臺(tái)小變壓器日并列運(yùn)行時(shí)間不能大于T，否則，電能損耗高于1臺(tái)大容量變壓器電能損耗，該方案不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。

經(jīng)推導(dǎo)得兩臺(tái)變壓器平均每日最大并列運(yùn)行時(shí)間為：T<24(△PZ1/△PZ2-1)。計(jì)算時(shí)用上述公式計(jì)算。本案例經(jīng)計(jì)算得出并列運(yùn)行時(shí)間T＝16。式中△PZ1、△PZ2——大變壓器和小變壓器的綜合功率損耗，由上式求出。

3.3 損耗計(jì)算

公式如上所示，先計(jì)算出兩個(gè)小變壓器的有功損耗、無功損耗、綜合功率損耗和年電能損耗，負(fù)荷率取40%，供電可靠率取99.9%。負(fù)荷率與有功功率和無功功率大致成平方關(guān)系，負(fù)荷率是衡量變壓器是否節(jié)能運(yùn)行的重要參數(shù)。根據(jù)以上公式計(jì)算值就可以得出結(jié)論：用2臺(tái)小變壓器取代1臺(tái)大變壓器供電方案有比較好的節(jié)能效果，變壓器容量越大，節(jié)能效果越明顯。

從表1可知，用2臺(tái)小變壓器取代1臺(tái)大變壓器供電方案有比較好的節(jié)能效果，變壓器容量越大，節(jié)能效果越明顯。假設(shè)1個(gè)縣城有10個(gè)2×S11-400配置供電臺(tái)區(qū)，每年能節(jié)約316 MWh左右的電能，有明顯的推廣應(yīng)用價(jià)值。

表1 節(jié)能效果對(duì)比表

4 設(shè)備配置和投資估算

兩臺(tái)容量相同變壓器配置方案按照安裝方式不同可分為戶外柱上安裝方式、戶內(nèi)配電室安裝方式和箱式變安裝方式，關(guān)鍵設(shè)備有變壓器高壓和低壓側(cè)斷路器，變壓器自動(dòng)投切控制器。

4.1 斷路器設(shè)備

斷路器設(shè)備應(yīng)具備遙控、遙信接口，每天能夠進(jìn)行合分操作1至2次。

戶外柱上安裝方式每臺(tái)變壓器高壓側(cè)配置1臺(tái)電動(dòng)操作的斷路器，每臺(tái)變壓器低壓側(cè)配置1臺(tái)斷路器，斷路器類型與單臺(tái)變壓器供電方案相同。為了節(jié)省投資，一臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器高壓側(cè)可以不配斷路器。

戶內(nèi)配電室安裝方式和箱式變安裝方式中斷路器類型與單臺(tái)變壓器供電方案相同。在戶內(nèi)配電室設(shè)計(jì)時(shí)，有的配電室已經(jīng)按2臺(tái)配變?cè)O(shè)計(jì)，這樣的配電室很容易實(shí)現(xiàn)2臺(tái)配變按日負(fù)荷曲線運(yùn)行方案。

4.2 變壓器自動(dòng)投切控制器

變壓器自動(dòng)投切控制器要求具備能根據(jù)負(fù)荷大小通過自動(dòng)分合相應(yīng)的變壓器高低壓斷路器的功能。此功能可以集成于負(fù)荷管理終端、變壓器監(jiān)控終端或無功補(bǔ)償控制器中，因此就要求這三種設(shè)備必須具有測(cè)量荷載大小的功能，尤其是能夠交流采樣的負(fù)荷管理終端，這樣一來只要稍作改動(dòng)就可以在變壓器自動(dòng)投切控制器上使用。

4.3 新增投資與回收期估算

新增投資主要集中于變壓器高壓側(cè)斷路器上，經(jīng)過對(duì)比計(jì)算，戶外配置方式的投資最大，回收期也最長(zhǎng)，所以該方案不做優(yōu)先考慮。室內(nèi)配電室方式和箱式的投資較少，應(yīng)該優(yōu)先采用本文所述的方案。如果本身配電室已經(jīng)采用兩臺(tái)變壓器形式，那么本文所述方案的優(yōu)勢(shì)將更加突出。容量在630kVA以下的一臺(tái)小變壓器與大變壓器的價(jià)格比較的話基本相當(dāng)，但容量在630 kVA以上的兩臺(tái)小變壓器加起來比大的稍貴。因此，630以上的大容量變壓器更換為2臺(tái)小容量變壓器的更為經(jīng)濟(jì)。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本研究所描述的住宅小區(qū)配電變壓器節(jié)能運(yùn)行方案具有比較好的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)效益；該方案較適合平均日負(fù)荷峰谷差比較大的供電區(qū)域；該方案較適用于配電室方式和箱式變供電方式。

［1］方向暉.中低壓配電網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].北京∶中國(guó)水利電力出版社,2004.