10kv配電變壓器經(jīng)濟運行方式的可行性及經(jīng)濟性分析

郭翔宇

中核第七研究設(shè)計院有限公司 山西太原 030012

隨著我國用電需求的逐年提高，發(fā)電量也必須再上一個臺階。但是除了強化發(fā)電能力，改進發(fā)電技術(shù)以外，在電力輸送環(huán)節(jié)和點能轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)提高經(jīng)濟運行方式的可行性來降低發(fā)電成本也必不可少。發(fā)電與節(jié)能相輔相成，不論是從經(jīng)濟角度還是從環(huán)保角度出發(fā)，通過改進10kv配電變壓器經(jīng)濟運行方式來節(jié)約成本和降低碳排放量都是兩全其美、利國利民的美談。

1 10 kv配電變壓器經(jīng)濟運行對于發(fā)電領(lǐng)域的意義

1.1 10kv配電變壓器和其經(jīng)濟運行模式的概念

在高壓變配電系統(tǒng)中，配電變壓器是電力傳輸系統(tǒng)末端的一種關(guān)鍵電氣設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)簡單便于維護，且性能可靠的特點，廣泛應(yīng)用于我國的10kv中壓輸電網(wǎng)絡(luò)，由于配電變壓器的數(shù)量和應(yīng)用規(guī)模較大。但是，10kv配電變壓器也存在負(fù)載容量不足、負(fù)載波動穩(wěn)定性差、容易長時間處于輕載和空載運行的缺點，導(dǎo)致其配電功率損耗較大，功率因數(shù)難以滿足配電指標(biāo)的問題。根據(jù)相關(guān)技術(shù)部門統(tǒng)計，整個網(wǎng)絡(luò)的無功功率電能損耗的40%來自于配電變壓器耦合及散熱損耗。因此，為了降低負(fù)載或空載狀態(tài)下變壓器的電能損耗，工程師和設(shè)備廠商研發(fā)人員通過設(shè)定一種低效率、低活性的“待機”工作模式，被稱為經(jīng)濟運行模式，用來和正常工作模式以及過載運行模式相互配合使用[1]。

1.2 使用10kv配電變壓器經(jīng)濟運行模式的意義

目前，在我國的主要城市和絕大部分地區(qū)都有電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，基本上解決了長久以來用電困難的問題。但是我國仍有部分基礎(chǔ)設(shè)施落后陳舊，自然環(huán)境惡劣的偏遠地區(qū)的用電需求沒有得到滿足。根據(jù)國家電網(wǎng)官網(wǎng)披露消息，直到2019年我國才基本實現(xiàn)了縣級以上城市全部通電。因此，我國的電力生產(chǎn)與輸送工作仍然任重而道遠。為了盡可能的用好電、發(fā)好電，“開源”和“節(jié)流”缺一不可。上文中提到，在我國電力網(wǎng)絡(luò)的無功功率損耗中，在變配電環(huán)節(jié)當(dāng)中損失的電能占據(jù)了相當(dāng)大的比例，所以開展配電變壓器經(jīng)濟運行節(jié)電潛力十分巨大。而使用10kv配電變壓器經(jīng)濟運行的經(jīng)濟意義也就十分巨大。

2 10 kv配電變壓器經(jīng)濟運行模式所應(yīng)用到的相關(guān)技術(shù)要求

2.1 10kv配電變壓器經(jīng)濟運行模式的工作原理

眾所周知，變壓器是通過電感線圈實現(xiàn)升壓（降壓）的強感性電氣設(shè)備，因此，變壓器在正常工作或過載模式下空載的無功功率遠大于有用功，這是非線性元件的電氣特性所決定的。也就是說，變壓器通過切換正常工作或過載模式與經(jīng)濟運行模式可以實現(xiàn)釋放空載狀態(tài)下無功節(jié)電潛力。隨著變壓器經(jīng)濟運行的理論基礎(chǔ)日漸成熟，但需要注意統(tǒng)一不同的計算方法和矛盾，特別是數(shù)量和容量最大的配電變壓器的經(jīng)濟運行。

2.2 10kv配電變壓器經(jīng)濟運行模式的實現(xiàn)條件

根據(jù)變壓器的變電原理，工作過程必然需要克服損耗，而這些損耗主要包括負(fù)載損耗與空載損耗兩大方面。其中，在電壓穩(wěn)定時，空載損耗作為變壓器的常量參數(shù)保持不變，而負(fù)載損耗數(shù)值的變化隨著配電變壓器負(fù)荷量數(shù)值的變化呈現(xiàn)平方關(guān)。但不同配電變壓器的電氣性質(zhì)并不完全一致，所以其負(fù)荷損耗與負(fù)載之間的特性曲線也具有一定的差異，且多臺機組的聯(lián)合工作負(fù)載分擔(dān)的方式也是實現(xiàn)經(jīng)濟模式的方法之一。例如，兩臺雙繞組的配電配電變壓器的負(fù)荷與損耗的特性曲線呈現(xiàn)指數(shù)增長，而兩臺變壓器特性曲線的交點處為其轉(zhuǎn)折點。第一臺配電變壓器單獨運行、兩個配電變壓器并列運行、第二臺配電變壓器單獨運行等三種條件下的負(fù)荷和配電變壓器損耗的特性曲線狀態(tài)?？芍谵D(zhuǎn)折點處的兩個配電變壓器處于并列運行最經(jīng)濟的狀態(tài)。

3 10 kv配電變壓器在經(jīng)濟運行模式下工作所需要注意的相關(guān)事項

3.1 注意調(diào)整10kv配電變壓器的負(fù)載損耗

為了保證10kv配電變壓器的工作狀態(tài)處于正常范圍的同時，盡量降低減少無功功率損耗，可以根據(jù)負(fù)載情況來選擇通過無載調(diào)壓或有載調(diào)壓的方式來調(diào)整其負(fù)載損耗。在采用并聯(lián)分列運行方式的變壓器組中，每個獨立的變壓器亦可以調(diào)整變壓器的組網(wǎng)位置或全局性設(shè)置負(fù)載分布布局來實現(xiàn)。因為通過負(fù)載調(diào)整和變壓強排列組網(wǎng)的調(diào)整是可以影響到其輸出的電力功率。特別是對于盤活部分變壓器件的冗余配額，釋放其閑置輸出功率存在重大利好。此外，通過積極調(diào)整變配電負(fù)載和設(shè)備組網(wǎng)布局也可以有效檢測出變壓器組當(dāng)中的老化元器件，有利于設(shè)備檢修和隱患的排查[2]。

3.2 注意控制多臺機組聯(lián)合工作時的負(fù)載容量

為了實現(xiàn)對多臺機組聯(lián)合工作時負(fù)載容量的有效控制，就必須充分了解整個變壓器組的負(fù)載隨時間變化的變化曲線，特別是峰值時段和谷值時段。通過利用變壓器組的變載能力實現(xiàn)削峰填谷，來匹配變壓器過載能力與負(fù)載端的供電需求。另一方面，還應(yīng)該掌握在各個負(fù)載時間段內(nèi)，機組內(nèi)每臺獨立變壓器的工作狀態(tài)和負(fù)載分擔(dān)情況，并根據(jù)每臺單獨變壓設(shè)備的狀態(tài)，在經(jīng)濟運行模式、正常運行模式和過載模式之間互相切換，通過對設(shè)備的“微操”來最大限度的減少損耗節(jié)約能源。這有利于了解整個變壓器組的冗余負(fù)載承擔(dān)能力和最大負(fù)荷，對于維護設(shè)備和保證供電設(shè)備及輸電線路的安全有著積極意義。

4 結(jié)語

本文首先介紹了低壓配電變壓器的經(jīng)濟運行的基本原理與實現(xiàn)方法，并且通過參數(shù)分析10kV配電變壓器的經(jīng)濟運行方式的實現(xiàn)條件。依據(jù)配電變壓器經(jīng)濟運行細(xì)則確定了系統(tǒng)控制判據(jù)，并通過設(shè)置切換容量裕量、負(fù)荷波動的延時認(rèn)可來提高系統(tǒng)的可靠性。并將相關(guān)技術(shù)路線做出簡要說明，希望可以對電力專業(yè)其他工作者有所幫助。