配電變壓器經(jīng)濟運行性探究

國網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林市城郊供電公司 吉林 吉林 132010

配電變壓器總數(shù)和總量龐大,處于電力系統(tǒng)的末端配電網(wǎng),其主要功能就是電能的傳輸、電能的調(diào)控以及電能的分配,在此過程中出現(xiàn)的有功功率損耗和無功功率損耗也會隨之上升。變壓器在功率消耗最小的情況下運行,使得運行費用最低、電能損耗最少,即變壓器經(jīng)濟運行性。變壓器經(jīng)濟運行的目的有以下三方面:一是延長變壓器使用壽命;二是減少電能損耗;三是節(jié)約能源。在我國工業(yè)用電、生活用電需求日益增加的背景下,配電變壓器經(jīng)濟運行性具有極其重要的作用。

一、配電變壓器經(jīng)濟運行性現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,配電變壓器運行不穩(wěn)定現(xiàn)象在我國很多地區(qū)電網(wǎng)普遍存在,部分地區(qū)電網(wǎng)配電變壓器運行不穩(wěn)定問題嚴重,導(dǎo)致電力能源極度緊張,甚至供不應(yīng)求。這種現(xiàn)象給當(dāng)?shù)仄髽I(yè)正常生產(chǎn)、居民正常生活以及經(jīng)濟健康發(fā)展都產(chǎn)生了不同程度的影響,不僅損害了電力企業(yè)聲譽,還會給社會帶來不安定因素[1]。在我國電力需求持續(xù)增長,電力建設(shè)滯后、電力供應(yīng)不足相對不足的情況下,及時進行電網(wǎng)改造,進一步加強配電變壓器運行經(jīng)濟性至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)中,配電變壓器數(shù)量巨大、應(yīng)用范圍廣泛,可確保電能轉(zhuǎn)換過程高效、快速,其經(jīng)濟運行性將直接影響到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟性。相較于西方先進國家,我國電力系統(tǒng)平均線損率明顯更高,可達到15%以上,加之農(nóng)村電網(wǎng)、城市低壓配電網(wǎng)以及大型工礦企業(yè)配電網(wǎng)的線損,在輸配電過程中,全國一年約有2000億千瓦的電能損耗,平均線損率超過18%。農(nóng)村配變電壓器損耗約為50%,這可能與農(nóng)村地區(qū)配電變壓器全年空載運行時間和輕載時間較長,峰谷差大、季節(jié)性強有關(guān)。在大型企業(yè)和城鄉(xiāng)15k V及以下的配電網(wǎng)總線路損耗中,配電變壓器損耗占據(jù)三分之一?？偠灾?電力企業(yè)想要獲得更為理想的經(jīng)濟和社會效益,就必須從提升配電變壓器經(jīng)濟運行性著手。

二、配電變壓器經(jīng)濟運行存在的問題

(一)傳統(tǒng)系統(tǒng)。由于低壓電網(wǎng)范圍小,采用傳統(tǒng)系統(tǒng)的部分,配電變壓器絕緣得到了充分保障,因此供電經(jīng)濟性、供電可靠性以及供電安全性都比較好[1]。

(二)WH系統(tǒng)。從經(jīng)濟運行角度出發(fā),WH系統(tǒng)安裝漏保護的方式,雖然投資成本較大,能夠有效避免電擊傷害。從配電變壓器可靠性角度出發(fā),漏電總保護可導(dǎo)致頻繁跳閘,造成大面積停電,進而影響工業(yè)生產(chǎn)和居民正常生活。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)指出,90%以上的漏電總保護動作跳閘,與各種原因的漏電有關(guān)。農(nóng)村地區(qū)多為低壓電網(wǎng),因此配電變壓器采用WH系統(tǒng)加裝漏電保護器,但漏電總保護動作跳閘導(dǎo)致的停電次數(shù)較多,所帶來的影響和后果也愈發(fā)嚴重。以往,我國農(nóng)村低壓電網(wǎng)范圍大,設(shè)備監(jiān)控狀況差,無法保證低壓電力網(wǎng)零線、相線對地絕緣等因素,電擊事件頻發(fā),故采用安裝漏電總保護的方式,降低電擊事故帶來的人身傷亡情況。隨著我國農(nóng)村電力設(shè)施的不斷進步,已經(jīng)安裝漏電保護的地區(qū),因電擊而傷亡的人數(shù)顯著減少,因電擊而死亡的事故中,多是由于漏電保護器損毀所致[3]。在保證供電可靠性和用電安全兩者之間,以上配電變壓器運行方式無法兼顧,亟待找到一種在確保配電變壓器供電可靠性和用電安全的方式。

(三)WH-R系統(tǒng)。采用WH-R系統(tǒng)的部分,配電變壓器在運行安全性、可靠性方面存在一定不足,電氣設(shè)備外露容易引發(fā)配電變壓器部分漏電,甚至造成大范圍停電,因此應(yīng)由過流保護切斷電源。同時,受線路導(dǎo)線阻抗較大等因素影響,在用戶電氣設(shè)備故障,導(dǎo)致配電變壓器部分漏電的情況下,可能出現(xiàn)過流保護無法切斷故障等現(xiàn)象,帶電的電氣設(shè)備外露,人直接碰觸帶電部分或碰到已帶電的電氣設(shè)備時,可造成電擊危險。配電變壓器運行過程中,為有效解決這一問題,應(yīng)設(shè)置末端漏電斷路器,改變接地方式。

三、配電變壓器節(jié)能的具體措施

(一)選用節(jié)能型變壓器。節(jié)能型產(chǎn)品是電力企業(yè)配電變壓器的首選。目前,市場應(yīng)用最為廣泛的仍然是S9型配電變壓器,但S11、S12等新設(shè)備伴隨新技術(shù)的出現(xiàn),在一定程度上替代了S9型,新設(shè)備節(jié)能效果更佳顯著,空載損耗可降低30%,空載電流降低40%。當(dāng)前,作為第七代節(jié)能產(chǎn)品,非晶合金變壓器已成為節(jié)能效果最理想的配電變壓器,與傳統(tǒng)設(shè)備相比,空載損耗可下降70%～80%,在部分發(fā)達國家電力系統(tǒng)中應(yīng)用逐漸增多。由此可知,選用節(jié)能型變壓器,最大限度降低電能損耗是電力企業(yè)發(fā)展新趨勢,有利于提升變壓器經(jīng)濟運行性[4]。

(二)電壓調(diào)整法

圖1 配電變壓器總損耗公式

配電變壓器總損耗計算公式見圖1[5]。其中,UN、U表示額定電壓和運行電壓;R表示變壓器繞組的等值電阻;Q、P表示無功功率和有功功率。從公式可以看出,一次電壓和鐵損之間存在相關(guān)性,與電壓平方成正比。在配電變壓器運行過程中,變壓器的鐵損占總損耗的80%,在這種情況下,除了在允許范圍內(nèi)偏移末端用戶電壓,還應(yīng)適當(dāng)調(diào)低配電網(wǎng)的供電電壓,以此降低空載帶來的損耗。同時,受磁路飽和的影響,一旦供電電壓高于額定值,將會導(dǎo)致無功功率極速增長,無功功率增長可達35%。

(三)無功補償。在輕載或空載運行過程中,配電變壓器的勵磁無功,從而產(chǎn)生無功負荷,10%～15%的額定容量是一般情況下配電變壓器無功功率的消耗占比。在變壓器的二次側(cè),需利用集中的補償,安裝低電壓容器,并做好相關(guān)的補償處理。連接低壓電容器時,通過低壓開關(guān),即可將低壓電容器與變壓器的低壓母線相連接,通過無功補償投切裝置加以保護,就可以按照空載和輕載的要求,控制電容器之中低壓母線無功負荷的投切。

四、配電變壓器經(jīng)濟運行對策

(一)加強配電變壓器技術(shù)管理。注重變壓器損耗的降低,盡可能縮減配電變壓器的降壓次數(shù);對于變比小于5的變壓器,在經(jīng)濟運行條件允許的情況下,盡量采用高耦變壓器。與同容量兩圈線的變壓器相比,高耦變壓器無功和有功損耗明顯更低,隨著功率因數(shù)的提高,變壓器無功和有功消耗都會下降,因此不同功率因數(shù)導(dǎo)致的變壓器無功消耗和有功消耗之間存在較大差異。由此可知,不斷降低變壓器無功功率,盡量提高變壓器功率,可使變壓器繞組的電阻隨著溫度增大。在同一負載下,不同變壓器溫度會隨著損耗降低,因此應(yīng)大量降低變壓器溫蒂,做好變壓器散熱[6]。

(二)不斷更新配電變壓器設(shè)備。一般情況下,配電變壓器使用壽命為15年,對于不同容量、不同型號的變壓器,生產(chǎn)廠家對其使用壽命的規(guī)定也不盡相同。不斷更新配電變壓器的目的不僅是為了消除有形磨損,更是為了消除看不見的無形磨損。隨著配電變壓器產(chǎn)品的更和進步,其技術(shù)落后情況得到了有效改善,新設(shè)備在提高配電變壓器運行效率、降低設(shè)備損耗方面作用顯著,加快更新配電變壓器有利于節(jié)約無功電量和有功電量。配電變壓器更新是指設(shè)備在有一定剩值、老化到一定程度后就可以更新,而不是損壞后再更新。相關(guān)電力企業(yè)應(yīng)及時進行變壓器更新,并按照規(guī)定提取設(shè)備折舊費。

(三)強化配電變壓器維護保養(yǎng)工作。配電變壓器帶負荷運行后,電力企業(yè)應(yīng)加強配電變壓器維護保養(yǎng)工作,對變壓器進行不定期巡視、維護、檢查,根據(jù)變壓器實際運行情況及相關(guān)規(guī)程要求,做好變壓器維修及維護保養(yǎng)工作。對于短期超負荷的變壓器,應(yīng)及時解決這種不利工況,加快更新增容,避免配電變壓器長期超負荷運行。在日常維護保養(yǎng)工作中,應(yīng)注重觀察三相電壓的偏差值,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,必須第一時間查明原因并合理解決。同時,還應(yīng)觀察油位、油色是否發(fā)生明顯變化;檢查變壓器高低壓側(cè)套管有無裂紋、放電、閃絡(luò)等不良現(xiàn)象,及時清除變壓器外科雜物和油污;檢查變壓器接地是否良好,有無斷裂、脫焊、斷線等現(xiàn)象;安裝套管防污帽或采取其他防污措施。此外,不定期檢查配電變壓器接地引下線是否可靠、牢固,是否存在虛接或斷裂現(xiàn)象,并對接地電阻進行檢測。每年夏季來臨前,全面檢查高、低壓避雷器是否符合相關(guān)安全要求,不合格避雷器應(yīng)及時更換[7]。在變壓器運行方式和供電方式方面,應(yīng)限制低壓運行,減少供電半徑,低負荷運行時適當(dāng)降低電壓,高負荷時適當(dāng)提高電壓,采用無功補償提高功率因數(shù)。

(四)保證三相負荷平衡。存在較長時間的輕載運行或空載運行,是低壓配電網(wǎng)變壓器普遍存在的問題,且這種現(xiàn)象在全年時間內(nèi)占據(jù)較大的比例。在此背景下,三相負荷平衡很難保持,一旦出現(xiàn)負荷分布不平衡,就到產(chǎn)生不平衡電壓和電流,進而增加變壓器功率的實際損耗。三相負荷不平衡最大化的現(xiàn)象,多出現(xiàn)在相同容量的負載進行供電的時候,這種情況導(dǎo)致有功功率損耗明顯高于平衡狀態(tài)下,有功損耗差異可達三倍之多。這就要求電力企業(yè)應(yīng)加強對三相負荷平衡的控制,一旦三相負荷超出正常值,應(yīng)第一時間采取處理措施,以此確保配電變壓器的經(jīng)濟運行性[8]。

(五)選擇合理的變壓器運行方式。在符合實際用電需求增長的前提下,電力企業(yè)都會考慮對配電網(wǎng)進行適當(dāng)改造,一般來說,配電器容量都存在備用,根據(jù)情況適時增加。但是,由于配電網(wǎng)受季節(jié)因素影響大,峰谷存在差異,按照供電系統(tǒng)特點,就必須從過負荷和輕符合兩個層面進行考量。如果是雙變壓器供電,一臺變壓器帶負荷,就能夠?qū)Φ拓摵蛇M行調(diào)整;但在用電高峰,兩臺變壓器需同時運行。這種變壓器運行方式高效、合理,在有效降低有功功率損耗的同時,還能是變壓器負荷處于最佳范圍內(nèi),進而有利于電網(wǎng)整體的經(jīng)濟運行[9]。

(六)提高配電網(wǎng)功率因數(shù)。自身功率因數(shù)偏低是低壓配電網(wǎng)運行過程中,出現(xiàn)大量電能損耗的根本原因,可直接影響配電變壓器的經(jīng)濟運行性。變壓器在有功功率輸出一定的情況下,變壓器功率因數(shù)和輸出容量成反比,若功率因素提高,那么變壓器的需用容量也會隨之降低。想要切實提升變壓器的經(jīng)濟運行性以及電網(wǎng)供電能力,必須適當(dāng)提高配電網(wǎng)功率因數(shù)[10]。一般來說,通過安裝無功補償裝置,即可達到降低電能損耗,提高電網(wǎng)功率因數(shù)的根本目的。

結(jié)束語

配電變壓器的經(jīng)濟運行及低耗節(jié)能至關(guān)重要。在配電變壓器運行環(huán)節(jié),電力企業(yè)應(yīng)將節(jié)能降耗、節(jié)電增效作為根本目標(biāo),合理利用一系列節(jié)能措施,切實提高配電變壓器的經(jīng)濟運行性。通過本文研究可知,當(dāng)前我國配電變壓器經(jīng)濟運行性還存在很多問題和巨大發(fā)展?jié)摿?。通過選用節(jié)能型變壓器、加強配電變壓器技術(shù)管理、不斷更新配電變壓器設(shè)備等措施,雖然是配電變壓器負載率有所上升,但其仍處于高效的工作狀態(tài),且電能損耗最大限度降低。在確保供電安全的前提下,加深對配電變壓器經(jīng)濟運行性和節(jié)能降耗的研究,不僅能夠有效解決配電變壓器運行存在的實際問題,在提升供電企業(yè)精細化管理水平方面也有著十分重要的意義。