有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析及其在農(nóng)村配電網(wǎng)中的應(yīng)用

趙國(guó)偉

（國(guó)網(wǎng)桐鄉(xiāng)市供電公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

0 引 言

經(jīng)過(guò)多年的改革開(kāi)放，農(nóng)村人員流動(dòng)趨勢(shì)漸趨固化，即春節(jié)和農(nóng)忙時(shí)期人員回流，其他時(shí)間以外出打工為主。這使得農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷的季節(jié)性落差明顯，給配變布點(diǎn)和定容帶來(lái)了一定困難。若布設(shè)過(guò)多，必然造成大部分時(shí)間下的輕載或空載，極大地浪費(fèi)了電力建設(shè)資源；若布設(shè)不足，則難以應(yīng)對(duì)短期但重要的負(fù)荷需求。另外，由于農(nóng)村的廣域性，農(nóng)網(wǎng)自動(dòng)化水平尚未達(dá)到較高程度，進(jìn)行農(nóng)網(wǎng)有效運(yùn)維需要的人力成本較城網(wǎng)高，成為影響在農(nóng)網(wǎng)地區(qū)推行“多供電、供好電”戰(zhàn)略的瓶頸。

解決以上問(wèn)題的一個(gè)可行措施是推廣有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的應(yīng)用。該類(lèi)變壓器可在不中斷供電情形下根據(jù)臺(tái)區(qū)負(fù)載大小和出口電壓水平自動(dòng)執(zhí)行容量切換和分接調(diào)整，以達(dá)成電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)和供用電經(jīng)濟(jì)的雙贏。

1 有載調(diào)容調(diào)壓變壓器技術(shù)分析

1.1 調(diào)容原理

關(guān)于調(diào)容工作的接線，見(jiàn)圖1[1]。

調(diào)容過(guò)程闡述（大容量→小容量）：①高壓繞組進(jìn)行“△-Y”轉(zhuǎn)換，相應(yīng)地匝電壓減小為原來(lái)的②低壓繞組的II、III段由并轉(zhuǎn)串，再與I段作串聯(lián)（I、II、III段的匝數(shù)依次占總匝數(shù)的27%、73%、73%）。顯然，經(jīng)過(guò)以上變化，高壓側(cè)由于磁通密度下降（因?yàn)樵央妷合陆担?，使得空載損耗下降；低壓側(cè)的導(dǎo)線截面縮減一半（因?yàn)镮I、III段由并轉(zhuǎn)串），變壓器容量相當(dāng)于減小為原來(lái)的1/2，但低壓出口電壓不變（因?yàn)榈蛪簜?cè)匝數(shù)為原來(lái)的1倍，與高壓側(cè)匝數(shù)減少剛好抵消）。

圖1 執(zhí)行調(diào)容的接線示意

1.2 調(diào)容點(diǎn)計(jì)算

有載調(diào)容調(diào)壓變壓器進(jìn)行容量自主調(diào)節(jié)的前提是調(diào)容點(diǎn)的精準(zhǔn)確立[2]。

首先，研究配變運(yùn)行損耗與額定容量的關(guān)系。圖2為運(yùn)行損耗牽涉內(nèi)容。其中，（a）、（c）項(xiàng)僅與容量呈正相關(guān)，與負(fù)荷電流無(wú)關(guān)；（b）、（d）項(xiàng)與負(fù)荷電流平方呈正相關(guān)。這樣可得到不同容量級(jí)別在不同負(fù)載下的綜合損耗示意，如圖3所示。

其次，最佳調(diào)容點(diǎn)計(jì)算。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，不同變壓器的三類(lèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式（有功/無(wú)功/綜合功率）的臨界負(fù)載依次如下：

圖2 變壓器運(yùn)行損耗的細(xì)項(xiàng)

圖3 不同容量變壓器綜合損耗與負(fù)載關(guān)系示意

式 中，P0D、PKD、SND、Q0D、QKD、P0ZD和 PKZD分別為大容量運(yùn)行方式下的空載損耗、負(fù)載損耗、變壓器額定容量、鐵心激磁無(wú)功、額定負(fù)載線圈漏磁無(wú)功、空載綜合損耗和負(fù)載綜合損耗。將下標(biāo)中的D換為X，對(duì)應(yīng)的就是小容量下的相應(yīng)項(xiàng)目。

以上各種損耗項(xiàng)目的計(jì)算如下：

式中：KQ是無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（取0.1），KP是負(fù)荷波動(dòng)系數(shù)（取0.2）。因此，為使最佳調(diào)容點(diǎn)趨向精確，應(yīng)以變壓器性能參數(shù)實(shí)測(cè)值為基準(zhǔn)進(jìn)行各類(lèi)臨界負(fù)載計(jì)算，從而使配變運(yùn)行達(dá)到最大經(jīng)濟(jì)性。

另外，統(tǒng)籌安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，一般設(shè)置升容、降容門(mén)限值[3]。前者為最佳調(diào)容點(diǎn)的1.1倍，后者為最佳調(diào)容點(diǎn)的0.9倍。

2 有載調(diào)容調(diào)壓變壓器經(jīng)濟(jì)分析

2.1 關(guān)于節(jié)電量

根據(jù)GB/T 13462-2008和DL/T 985-2012，應(yīng)用調(diào)容變壓器后的年節(jié)約電量計(jì)算應(yīng)包括兩部分，即小容量運(yùn)行期間節(jié)電量和大容量運(yùn)行期間節(jié)電量之和[4]：

式中，KUi為表征空載損耗受電壓影響的系數(shù)，P0Z和分別為調(diào)容調(diào)壓變壓器應(yīng)用前后的綜合空載損耗，PKZ和分別為應(yīng)用前后的綜合負(fù)載損耗，KT表征負(fù)載波動(dòng)程度，S為功率（平均），SN是配變額定容量，T是運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，i取值1和2分別對(duì)應(yīng)大、小兩種容量狀態(tài)。

計(jì)算實(shí)例：①某臺(tái)區(qū)于2007年配置一臺(tái)S9-315 kVA配變，由于居民生活水平的提高，這些年配變負(fù)載逐年遞增；②經(jīng)統(tǒng)計(jì)，該臺(tái)區(qū)的年均負(fù)載率不到55%，但部分時(shí)間區(qū)段出現(xiàn)嚴(yán)重超載（達(dá)到131%）；③現(xiàn)采用S11型630（200）kVA配變進(jìn)行替代，并確定最佳調(diào)容點(diǎn)、升容門(mén)限、降容門(mén)限依次為125 kVA、137.5 kVA、112.5 kVA；④統(tǒng)計(jì)改造后各時(shí)間區(qū)段的負(fù)載率變化；⑤進(jìn)行節(jié)電量計(jì)算。相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 臺(tái)區(qū)改造前后相關(guān)節(jié)電數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.2 關(guān)于電壓質(zhì)量改善

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，配變低壓側(cè)輸出電壓可根據(jù)式（9）進(jìn)行計(jì)算：

式中：UL是配變高壓側(cè)電壓，NT是配變高低側(cè)變比，ZT=R+jX為配變等效串聯(lián)阻抗（折算到低壓側(cè)），Zload為配變低壓側(cè)負(fù)載阻抗。

根據(jù)式（9），當(dāng)配變高壓側(cè)電壓波動(dòng)時(shí)（跌落或增加），只要及時(shí)調(diào)節(jié)高低壓側(cè)變比，就能穩(wěn)定低壓側(cè)輸出，確保電壓質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而有載調(diào)容調(diào)壓配變的高壓側(cè)引出有3個(gè)分接頭，可借助有載分接開(kāi)關(guān)，在持續(xù)供電情形下改變額定匝數(shù)，以穩(wěn)定電壓。圖4為某試點(diǎn)改造前后的效果比對(duì)，可知利用有載調(diào)容調(diào)壓配變可有效應(yīng)對(duì)因負(fù)載增加而造成的電壓跌落現(xiàn)象，一般可提升低壓側(cè)電壓5%左右。

圖4 電壓質(zhì)量提升對(duì)比

2.3 關(guān)于投資回報(bào)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)前運(yùn)行的配變中，S9系列占相當(dāng)比例。該型配變服役時(shí)間一般在10年以上，設(shè)備殘值基本大于賬面凈值，進(jìn)行升級(jí)改造符合經(jīng)濟(jì)原則[5]。依據(jù)2.1節(jié)中的計(jì)算結(jié)果，以一臺(tái)S11型630（200）kVA配變替換一臺(tái)S9-315kVA配變，年效益約為1.08萬(wàn)元（按電價(jià)0.6元/（kW·h）估算），而新設(shè)備的價(jià)格不到9萬(wàn)，約8年就可收回投資。若以配變服役20年計(jì)算，服役期內(nèi)可收回投資價(jià)值的150%。

3 應(yīng)用研究

依托電力營(yíng)銷(xiāo)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，可將農(nóng)村區(qū)域用電作如下歸納：①生活用電量增速空間總體上大于城市區(qū)域（尤其當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)）；②配網(wǎng)日常負(fù)荷波動(dòng)范圍大（低谷時(shí)近乎空載、假日時(shí)則易過(guò)載）；③季節(jié)上，一年中負(fù)荷存在大起大落現(xiàn)象。另外，由于農(nóng)網(wǎng)負(fù)荷遠(yuǎn)離電源點(diǎn)，靠調(diào)節(jié)變電站出口電壓很難兼顧線路首末端電壓水平?；谝陨蠁?wèn)題，在農(nóng)村配網(wǎng)區(qū)域推行有載調(diào)容調(diào)壓配變的前景十分廣闊?？紤]到當(dāng)前電網(wǎng)建設(shè)對(duì)自動(dòng)化、智能化的要求，可以圖5的架構(gòu)為模板作應(yīng)用推廣。

顯然，依托圖5裝置，不但可實(shí)現(xiàn)配變?nèi)萘?、低壓?cè)電壓的自動(dòng)調(diào)整，還具備如下優(yōu)點(diǎn)：①無(wú)功補(bǔ)償?shù)木?xì)化，使配網(wǎng)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)；②無(wú)線“四遙”，便于全景數(shù)據(jù)采集，為職能部門(mén)決策提供數(shù)據(jù)支撐，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程停送電，減少運(yùn)維人員配置。

圖5 有載調(diào)容調(diào)壓配變?cè)谵r(nóng)村配網(wǎng)的應(yīng)用的配置

4 結(jié) 論

有載調(diào)容調(diào)壓配變可根據(jù)負(fù)載多寡和臺(tái)區(qū)電壓水平，自動(dòng)執(zhí)行容量切換和出口電壓適應(yīng)，支持無(wú)線“四遙”及精細(xì)化無(wú)功控制等功能擴(kuò)展，對(duì)于快速解決農(nóng)村配電網(wǎng)存在的網(wǎng)絡(luò)損耗大、電壓質(zhì)量不高、運(yùn)維效率低下等問(wèn)題有著天然的契合性，并且投資回報(bào)周期短，可在試點(diǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上科學(xué)總結(jié)，最終實(shí)現(xiàn)大面積的推廣應(yīng)用。