小水電對(duì)35 k V變壓器設(shè)備利用率的影響評(píng)估*

李 翔，何奉祿，黃春艷，江浩俠

（1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司韶關(guān)供電局，廣東韶關(guān) 512028；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣東廣州 510640）

0 引言

由于我國(guó)電網(wǎng)長(zhǎng)久以來(lái)形成“重輸輕配”的局面，使得配電網(wǎng)規(guī)劃和管理仍處于較粗放階段，供電公司在評(píng)判配電系統(tǒng)性能時(shí)，通常以“三率”定其好壞[1-4]。但是用于評(píng)價(jià)配電網(wǎng)設(shè)備利用率的指標(biāo)及其相關(guān)的評(píng)估方法、評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)未能受到關(guān)注。

對(duì)于負(fù)荷密度較低的農(nóng)村和山區(qū)，若采用110/10/0.4 kV的配電電壓層級(jí)，往往存在110 kV負(fù)載率太低、設(shè)備利用率太低而造價(jià)太高，從而嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的問(wèn)題。采用35 kV則可以降低高壓配電的投資，并且避免10 kV供電距離遠(yuǎn)造成的電壓質(zhì)量差和線損率高的問(wèn)題。因此35 kV系統(tǒng)在負(fù)荷密度低的山區(qū)還有重要的配電作用，且往往還承擔(dān)著山區(qū)小水電接入并網(wǎng)的重要作用?？茖W(xué)評(píng)價(jià)35 kV變電站中的變壓器設(shè)備利用率是供電企業(yè)提升運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和做好電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。

目前來(lái)說(shuō)，針對(duì)設(shè)備利用率的研究主要集中于其他行業(yè)，在電網(wǎng)方面的研究還比較少[5-7]。部分文獻(xiàn)采用主變壓器最大負(fù)載率、主變壓器平均負(fù)載率等指標(biāo)來(lái)反映設(shè)備的利用率，文獻(xiàn)[8]提出了“設(shè)備利用率可以廣義地理解為配電設(shè)備能達(dá)到的最大負(fù)載率”，文獻(xiàn)[9]提出了負(fù)荷率是配電網(wǎng)設(shè)備利用率的影響因素之一。因此可以以負(fù)載率和負(fù)荷率作為指標(biāo)來(lái)分析配電網(wǎng)變壓器利用率，但是在含小水電等分布式電源的電網(wǎng)，按照傳統(tǒng)的負(fù)載率和負(fù)荷率指標(biāo)評(píng)價(jià)變壓器的設(shè)備利用率是存在爭(zhēng)議的。因?yàn)楣╇娖髽I(yè)作為售電部門(mén)，一般只關(guān)注下送負(fù)荷部分。而含小水電的配電網(wǎng)，往往是山區(qū)配電網(wǎng)，如果僅以下送負(fù)載率和下送負(fù)荷率的角度來(lái)評(píng)價(jià)山區(qū)配電網(wǎng)35 kV變壓器設(shè)備利用率的話，就體現(xiàn)不出變壓器在小水電倒送時(shí)的貢獻(xiàn)。

為此，有必要細(xì)化負(fù)載率和負(fù)荷率這兩個(gè)指標(biāo)，以客觀地體現(xiàn)出變壓器在小水電倒送時(shí)的利用情況。因此，本文為體現(xiàn)35 kV變壓器在小水電配電網(wǎng)的客觀利用情況，將負(fù)載率細(xì)化成下送負(fù)載率α1和雙向負(fù)載率α2，下送負(fù)荷率 β1和雙向負(fù)荷率 β2，并對(duì)比分析了含小水電配電網(wǎng)中35 kV變壓器的設(shè)備利用率的評(píng)價(jià)方法。

1 負(fù)載率和負(fù)荷率的定義

負(fù)載率即實(shí)際負(fù)荷與容量之比。但是由于35 kV變壓器的設(shè)備利用率有評(píng)價(jià)周期，作為指標(biāo)之一的負(fù)載率定義為變壓器最大負(fù)荷（一般近似等于有功）與容量之比。根據(jù)文獻(xiàn)[10-12]可知，負(fù)載率反映設(shè)備的負(fù)載能力，以此考察設(shè)備的利用水平，該指標(biāo)直接反映設(shè)備的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，但是，負(fù)載率僅能體現(xiàn)出在某一個(gè)時(shí)間斷面變壓器最大限度的利用情況，而不能體現(xiàn)出利用情況的連續(xù)性。如果變壓器某個(gè)時(shí)間斷面負(fù)載率達(dá)到100%而其余時(shí)間負(fù)載率很低的話，那么以此作為變壓器利用率的唯一評(píng)價(jià)指標(biāo)就會(huì)出現(xiàn)以點(diǎn)代面、以偏概全的問(wèn)題。因此，需要結(jié)合負(fù)荷率指標(biāo)來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

負(fù)荷率[13-14]指在規(guī)定時(shí)間（日、月、年）內(nèi)的平均負(fù)荷與最大負(fù)荷之比的百分?jǐn)?shù)，負(fù)荷率用來(lái)衡量在規(guī)定時(shí)間內(nèi)負(fù)荷的變動(dòng)情況，以考察變壓器的利用程度，從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面考慮，負(fù)荷率愈接近1，表明變壓器所帶負(fù)荷越平均，變壓器利用程度越好。

因此，可以看出在評(píng)價(jià)變壓器設(shè)備利用率的時(shí)候，負(fù)載率和負(fù)荷率是兩個(gè)相輔相成的指標(biāo)，負(fù)載率以點(diǎn)的形式體現(xiàn)出變壓器設(shè)備的極限性利用情況，而負(fù)荷率以面的形式體現(xiàn)變壓器設(shè)備的延續(xù)性利用情況。

2 小水電對(duì)35 kV變壓器設(shè)備利用率的影響分析

一般來(lái)說(shuō)，由于供電企業(yè)的主要任務(wù)是從上一級(jí)電網(wǎng)獲取電力分配給用戶，因此對(duì)35 kV變電站的設(shè)備利用率的考核通常只按下送負(fù)載率、下送負(fù)荷率來(lái)考核，這在不含小水電的配電網(wǎng)來(lái)看，是不存在任何爭(zhēng)議的。但是在山區(qū)電網(wǎng)，配電線路和變壓器還承擔(dān)著消納小水電的作用，即使下送的負(fù)荷非常小，但為了確保小水電的發(fā)電功率全額消納，其設(shè)備選型還是需要考慮小水電的發(fā)電能力的，一旦小水電在豐水季節(jié)大量發(fā)電造成大量功率上送，僅僅按下送功率來(lái)計(jì)算負(fù)載率和負(fù)荷率將抹殺了35 kV變電站的實(shí)際貢獻(xiàn)。

通常，供電企業(yè)是從凈負(fù)荷的角度來(lái)考慮的。所謂凈負(fù)荷，對(duì)于35 kV變壓器而言，就是指其供電范圍內(nèi)的總負(fù)荷減去小水電所發(fā)的功率，這部分是由35 kV變壓器的供電功率，即：

其中：Peq-35 kV變壓器凈負(fù)荷；PLi-電網(wǎng)內(nèi)各負(fù)荷；PDG-小水電的電源出力；SL-電網(wǎng)負(fù)荷集合；SDG-小水電電源集合。

在水電倒送功率到主網(wǎng)時(shí)，不僅影響主網(wǎng)潮流的流向，也改變主網(wǎng)的潮流大小，同時(shí)由于小水電的波動(dòng)性很強(qiáng)，使凈負(fù)荷不確定性大，小水電的電源出力受季節(jié)氣候降水量的影響，豐水期小水電的電源出力增大，此時(shí)35 kV變壓器供應(yīng)的負(fù)荷Peq減少；在枯水期，小水電的電源出力減少，35 kV變壓器供應(yīng)負(fù)荷增多。凈負(fù)荷的波動(dòng)使得變壓器的備用率提高，因此變壓器的負(fù)載率降低，從而變壓器的利用率也相應(yīng)地受到影響；小水電的反調(diào)峰特性使凈負(fù)荷波動(dòng)進(jìn)一步加劇而影響到負(fù)荷率，進(jìn)而影響變壓器的設(shè)備利用率。

2.1 負(fù)載率指標(biāo)的細(xì)化

小水電的接入，會(huì)導(dǎo)致功率倒送，現(xiàn)以簡(jiǎn)單的小水電倒送功率圖分析小水電接入對(duì)負(fù)載率的影響，見(jiàn)圖1。

圖1

假設(shè)在規(guī)定的變壓器設(shè)備利用率評(píng)價(jià)周期內(nèi)，按傳統(tǒng)觀念來(lái)說(shuō)變壓器負(fù)載率指標(biāo)為Peq的最大正值max（Peq）與ST的比值，但是當(dāng)豐水期小水電大量倒送時(shí)，有可能出現(xiàn)Peq最大負(fù)值的絕對(duì)值max（|Peq|）＞max（Peq）的情況，這時(shí)候以傳統(tǒng)的負(fù)載率去評(píng)價(jià)35 kV變壓器的設(shè)備利用率不夠客觀，會(huì)抹殺了小水電倒送時(shí)35 kV變壓器的貢獻(xiàn)。當(dāng)然，從供電企業(yè)的角度來(lái)說(shuō)，僅考慮下送負(fù)荷的負(fù)載率也是有一定道理的，因?yàn)橹挥邢滤凸β什拍芙o供電企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。因此本文對(duì)負(fù)載率指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化成只考慮經(jīng)濟(jì)效益的下送負(fù)載率α1和客觀體現(xiàn)設(shè)備利用情況的雙向負(fù)載率α2來(lái)分析35 kV變壓器的設(shè)備利用率。

下送負(fù)載率α1的計(jì)算公式如下：

其中：Pud-max為僅考慮下送負(fù)荷的最大負(fù)荷；ST為變壓器容量。

雙向負(fù)載率α2的計(jì)算公式如下：

其中：Pbd-max為考慮雙向負(fù)荷的最大負(fù)荷。

負(fù)載率指標(biāo)具體算法見(jiàn)表1。

表1 單、雙向負(fù)載率指標(biāo)算法

2.2 負(fù)荷率指標(biāo)的細(xì)化

下送負(fù)荷率β1的計(jì)算公式如下：

其中：Pud-avg為僅考慮下送負(fù)荷的平均負(fù)荷。

雙向負(fù)荷率β2的計(jì)算公式如下：

其中：Pbd-avg為考慮雙向負(fù)荷的平均負(fù)荷。

負(fù)荷率指標(biāo)具體算法見(jiàn)表2。

表2 單、雙向負(fù)荷率指標(biāo)算法

3 實(shí)例分析

3.1 負(fù)載率指標(biāo)對(duì)比分析

選取某市37臺(tái)35 kV變壓器2013年運(yùn)行數(shù)據(jù)按表1的計(jì)算方法計(jì)算下送負(fù)載率α1和雙向負(fù)載率α2。

得到對(duì)比結(jié)果如圖2和表3所示。

圖2 下送負(fù)載率α1與雙向負(fù)載率α2的比較

表3 不同負(fù)載率區(qū)間下兩種負(fù)載率算法所占比例對(duì)比

由表3可以看出，在負(fù)載率0～30%區(qū)間，雙向負(fù)載率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負(fù)載率算法得出的數(shù)量有所減少，比例由14%減至5%；在負(fù)載率大于70%區(qū)間，雙向負(fù)載率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負(fù)載率算法得出的數(shù)量有所增加，比例由51%增至59%；其余負(fù)載率區(qū)間數(shù)量未有變化。這表明只考慮經(jīng)濟(jì)效益的下送負(fù)載率的確會(huì)在一定程度上掩蓋了變壓器設(shè)備的客觀利用情況。

3.2 負(fù)荷率指標(biāo)對(duì)比分析

選取某市25臺(tái)35 kV變壓器2013年運(yùn)行數(shù)據(jù)，按表2的計(jì)算方法計(jì)算下送負(fù)荷率β1和雙向負(fù)荷率 β2。

得到對(duì)比結(jié)果如圖3和表4所示。

從表4可以看出，在負(fù)荷率0～15%區(qū)間，雙向負(fù)荷率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負(fù)荷率算法得出的數(shù)量有所減少，比例由32%減至8%；在負(fù)荷率15%～30%區(qū)間，雙向負(fù)荷率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負(fù)荷率算法得出的數(shù)量有所增加，比例由36%增至60%；其余負(fù)荷率區(qū)間數(shù)量未有變化。這表明只考慮經(jīng)濟(jì)效益的下送負(fù)荷率的確會(huì)在一定程度上掩蓋了變壓器設(shè)備的客觀利用情況。

圖3 下送負(fù)荷率β1與雙向負(fù)荷率β2的比較

表4 不同負(fù)荷率區(qū)間下兩種負(fù)荷率算法所占比例對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

變壓器利用率是衡量配電網(wǎng)建設(shè)經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，在以往并未受到太多的重視，一般供電企業(yè)僅僅從下送負(fù)荷角度來(lái)衡量變壓器的貢獻(xiàn)，這種評(píng)價(jià)對(duì)于含小水電的35kV變壓器往往不夠客觀。

本文針對(duì)35 kV變壓器設(shè)備利用率開(kāi)展研究，以負(fù)載率和負(fù)荷率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，考慮到35 kV變壓器所處的小水電配電網(wǎng)的特殊性，對(duì)負(fù)載率指標(biāo)和負(fù)荷率指標(biāo)進(jìn)行細(xì)化，并對(duì)比了細(xì)化后的下送負(fù)載率α1和雙向負(fù)載率α2、下送負(fù)荷率 β1和雙向負(fù)荷率 β2，得出采用雙向計(jì)算后能較為客觀地體現(xiàn)出35 kV變壓器設(shè)備的利用情況?；诒疚牡墓ぷ鳎谝院蟛捎闷渌愃浦笜?biāo)評(píng)價(jià)含小水電或者其他分布式新能源電網(wǎng)的設(shè)備利用率時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮增加雙向計(jì)算并細(xì)化指標(biāo)以客觀體現(xiàn)設(shè)備在分布式能源倒送時(shí)的貢獻(xiàn)。

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