主變供電方式與負(fù)荷用電節(jié)能分析

徐良成

（合肥京東方光電科技有限公司， 安徽 合肥 230013）

引言

變電站是輸配電系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，合理地選擇配置變電站的運(yùn)行設(shè)備與運(yùn)行方式，在電網(wǎng)的安全供電和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面，均有著重要的意義。隨著工廠用電量的迅速增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，對(duì)電能質(zhì)量、技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)狀況、供電的可靠性指標(biāo)要求也日益提高。變壓器運(yùn)行方式的合理選擇，對(duì)確保設(shè)備和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。在城網(wǎng)和工業(yè)發(fā)展計(jì)劃的推動(dòng)下，變電站的建設(shè)得到了快速發(fā)展。在以工業(yè)用電作為主導(dǎo)的城市供電情況下，基于工廠各類負(fù)荷的大小及利用率在選擇變壓器容量的經(jīng)濟(jì)性和主變的運(yùn)行方式的投入合理性，盡可能地保障電力系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行，以達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)利益最大化。

1 變壓器的運(yùn)行方式

變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行就是充分利用現(xiàn)有的設(shè)備條件，通過細(xì)致分析和計(jì)算，在保障負(fù)荷可靠供電的前提下，擇優(yōu)選取運(yùn)行方式并按變壓器的自身參數(shù)特點(diǎn)，充分發(fā)揮變壓器效能，改變變壓器運(yùn)行方式無(wú)需增加投資，只要加強(qiáng)用電科學(xué)管理，即可達(dá)到節(jié)電及節(jié)省基礎(chǔ)用電投資費(fèi)用。

1.1 變壓器的并列運(yùn)行

將兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器的一次側(cè)以及二次側(cè)同極性的端子之間，通過同一母線分別互相連接，這種運(yùn)行方式就是變壓器的并列運(yùn)行。以某科技公司110 kV變電站為例（以下簡(jiǎn)稱X科技公司），一線和二線同為來自上端的220 kV變電站，從供電可靠性分析，如果兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其中一臺(tái)主變故障時(shí)，斷路器因保護(hù)跳閘使主變退出運(yùn)行，另外一臺(tái)主變承擔(dān)起兩條母線下所有負(fù)荷的供電需求，使得其所帶負(fù)荷不間斷的穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)負(fù)荷增加到一臺(tái)變壓器容量不夠時(shí)，可并列投入第二臺(tái)變壓器，而當(dāng)負(fù)荷減少到不需要兩臺(tái)變壓器同時(shí)供電時(shí)，可將一臺(tái)變壓器退出運(yùn)行，這樣可盡量減少變壓器損耗，達(dá)到經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。同時(shí)兩臺(tái)變壓器可互為備用，在其中一臺(tái)變壓器故障或維修時(shí)，由另一臺(tái)供給大部分負(fù)荷，這樣可以提高供電的可靠性。

變壓器并列運(yùn)行要求每個(gè)變壓器的接線組別、變比、短路電流的參數(shù)相同或接近，且兩臺(tái)變壓器容量之比不應(yīng)超過3∶1。

1.2 變壓器的分列運(yùn)行

分列運(yùn)行是指兩臺(tái)變壓器一次母線并列運(yùn)行，二次母線用聯(lián)絡(luò)斷路器分?jǐn)?，這時(shí)變壓器通過各自的二次母線供給各自的負(fù)荷，這種運(yùn)行方式的特點(diǎn)是在故障的狀態(tài)下的短路電流小，對(duì)所在故障母線下的負(fù)荷和設(shè)備的沖擊和損害較小。在故障及檢修過程中，影響的范圍及時(shí)間跨度小，較好地滿足對(duì)設(shè)備的供電要求。

2 變壓器容量選擇及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

電力變壓器是供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，其主要功能是升壓或降壓，以利于電能的合理輸送、分配和使用，對(duì)變電所主接線的形式及其可靠與經(jīng)濟(jì)有著重要的影響。所以正確合理的選擇變壓器的類型和容量，是極其重要的一項(xiàng)任務(wù)。

變壓器容量的選擇是變配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問題，選取變壓器容量應(yīng)考慮負(fù)荷的大小和性質(zhì)，對(duì)平穩(wěn)負(fù)荷供電的單臺(tái)變壓器，負(fù)荷率一般超過50%，對(duì)季節(jié)性變動(dòng)較大的變壓器，應(yīng)考慮發(fā)展的可能性和運(yùn)行的合理性、整體的經(jīng)濟(jì)效益。整體的經(jīng)濟(jì)效益主要考慮一次性投資費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用，而一次性投資費(fèi)用包括：變壓器購(gòu)置費(fèi)、變壓器增容費(fèi)、與變壓器配套的高低壓開關(guān)柜及線路的投資費(fèi)、施工費(fèi)、年運(yùn)行費(fèi)用包括固定資產(chǎn)折舊費(fèi)、維護(hù)費(fèi)、修理費(fèi)、變壓器電能損耗費(fèi)等。選擇變壓器容量時(shí)，除了考慮上述因素外還應(yīng)考慮變壓器的負(fù)載率，以X科技公司為例，鑒于考慮擴(kuò)容等眾多因素的原因，對(duì)變壓器容量的設(shè)計(jì)偏大，目前的總負(fù)荷率30%左右，因?yàn)榕潆娮儔浩鞯呢?fù)載率在0.4～0.6之間效率較高，仍然有較大的節(jié)能空間。

3 工廠的負(fù)荷特點(diǎn)及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

所謂電力負(fù)荷就是使用電能的用電設(shè)備消耗的電功率。電力負(fù)荷包括異步電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、各類電弧爐、制冷制熱設(shè)備、精密設(shè)備等，他們分屬于工農(nóng)業(yè)、企業(yè)、交通運(yùn)輸、科學(xué)研究機(jī)構(gòu)和人民生活等方面的各種電力用戶。根據(jù)電力用戶的不同負(fù)荷特征，電力負(fù)荷可區(qū)分為各種工業(yè)負(fù)荷、農(nóng)業(yè)負(fù)荷、交通運(yùn)輸業(yè)負(fù)荷、生活用電負(fù)荷等。

3.1 負(fù)荷分類的特點(diǎn)

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，工廠的負(fù)荷種類及數(shù)量不斷增多，一方面負(fù)荷多樣化的加速，要求電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量及電壓的穩(wěn)定性不斷的提升。對(duì)于工廠負(fù)荷的特點(diǎn)，以X科技公司為例，工廠用電可分為動(dòng)力設(shè)備用電和工藝設(shè)備用電，這兩種負(fù)荷用電占據(jù)了全廠約90%的電能配置。動(dòng)力設(shè)備中大功率變頻電機(jī)以及工藝設(shè)備中高精度的設(shè)備、儀器，在電力中斷或電壓波動(dòng)中及其脆弱，電能質(zhì)量要求很高。

3.2 負(fù)荷利用率分析

負(fù)荷率是進(jìn)行電力設(shè)備建設(shè)和改造的基礎(chǔ)，各分廠工藝設(shè)備的實(shí)際平均用電負(fù)荷率保持在25%以下，電能的利用率保持在較低水平上。

通過對(duì)X科技公司2014—2017年間系統(tǒng)的負(fù)荷曲線進(jìn)行分析，負(fù)荷率從2014年的14%，到2017年的26%，負(fù)荷率有大幅提升。隨著生產(chǎn)和建設(shè)進(jìn)入穩(wěn)定期，負(fù)荷的利用率一直穩(wěn)定在25%～30%之間。

3.3 改變主變運(yùn)行方式的節(jié)能效果

X科技公司三臺(tái)110 kV主變壓器，每臺(tái)容量均為63 000 kVA，總裝機(jī)容量為189 000 kVA。由上節(jié)對(duì)負(fù)荷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)易知，若停運(yùn)一臺(tái)主變，負(fù)荷率可保持在50%以內(nèi)。以2號(hào)主變停運(yùn)為例，1號(hào)、3號(hào)主變可通過母聯(lián)帶載2號(hào)主變下負(fù)荷。由于1號(hào)、3號(hào)主變都來自于A變電站，且參數(shù)和型號(hào)完全相同，參照變壓器并列運(yùn)行的條件可知，符合并列運(yùn)行條件，增加了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。另外，通過減少最大需量，可以為公司節(jié)省不小的電費(fèi)成本，如圖3所示為2015年到2017年的最大需量實(shí)際統(tǒng)計(jì)結(jié)果，其中2016年的6—9月份為電力公司停電檢修期。在正常運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，連續(xù)三年最大需量都維持在60 000 kW以下。因供電營(yíng)業(yè)規(guī)則規(guī)定：按最大需量收費(fèi)的用戶，申報(bào)的最大需量不得低于總?cè)萘康?0%；因此在運(yùn)行初期雖然已經(jīng)考慮采用最大需量40%繳納容量費(fèi)，目前每月繳費(fèi)的最大需量為75 600 kW，但是從最近三年的運(yùn)行情況來看，實(shí)際的最大需量為58 220 kW，仍然存在較大的節(jié)能空間。因此，可以向供電公司申請(qǐng)主變減容。

因營(yíng)業(yè)規(guī)則允許實(shí)際最大需量與申報(bào)最大需量有5%的超出幅度，因此，申請(qǐng)減容一臺(tái)主變，總?cè)萘拷档蜑?26 000 kVA，最大需量由原來的75 600 kW降低為56 000 kW，降低19 600 kW，容量費(fèi)每年可節(jié)省不小的成本；另外，由于主變停止一臺(tái)，可減少變壓器電損耗功率47 kW，極大地提高變壓器容量的利用率，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

通過以上分析可知，減容和降需后，為節(jié)能降本帶來成果，但需提前與供電公司做好相關(guān)溝通和協(xié)調(diào)、以及做好線路切換準(zhǔn)備。現(xiàn)將三臺(tái)主變的運(yùn)行情況及報(bào)停運(yùn)后主變的運(yùn)行方式展示如圖1所示。

圖1 目前運(yùn)行方式

由圖2可以看出，報(bào)停前全廠負(fù)荷由各主變各自承載，當(dāng)一臺(tái)主變故障斷電時(shí)，廠區(qū)各配電室母聯(lián)開關(guān)動(dòng)作閉合，將負(fù)荷分配到其他兩臺(tái)主變上，由于有動(dòng)作時(shí)間，所以對(duì)電力設(shè)備會(huì)有短暫影響。由圖2可知，當(dāng)報(bào)停后，1號(hào)、3號(hào)主變母聯(lián)開關(guān)閉合，2號(hào)主變出線開關(guān)分?jǐn)?，即可?shí)現(xiàn)并列運(yùn)行，如其中一臺(tái)主變發(fā)生故障停電，全廠所有負(fù)荷通過母聯(lián)開關(guān)完成不間斷帶載，為了全面確保供電穩(wěn)定、可靠，仍需要投入少量線路改造及恢復(fù)后的預(yù)防性試驗(yàn)費(fèi)用成本。

企業(yè)變電站的運(yùn)行需要綜合考慮變壓器實(shí)際條件和設(shè)備負(fù)荷運(yùn)行狀況，對(duì)于主變的運(yùn)行方式的選擇和改變要求主變的型號(hào)和參數(shù)滿足一定的配置。在滿足供電可靠性和穩(wěn)定性的前提下，減少最大需量對(duì)于企業(yè)的節(jié)能減排、降低成本需求有著十分重要的作用。

圖2 報(bào)停后運(yùn)行方式