配电变压器系统的经济运行

2008年1月　　

湖州师范学院学报

JournalofHuzhouTeachersCollege

　　　Vol.30

Jan.,2008

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配电变压器系统的经济运行

朱载夫

(长兴县供电局,浙江长兴313100)

摘　要:就配电变压器系统的现状和对该系统的经济运行进行了技术分析,并举例说明了该系统经济运行的节电潜力,最后就该系统经济运行的措施提出看法.

关键词:能源;配电变压器;经济运行;负载系数;负荷率中图分类号:TM714.3

文献标识码:A

文章编号:100921734(2008)S020089204

0　引言

在我国,国民经济对能源的需求和环境保护的矛盾日益显现,开发新的再生能源和提高现有能源的综合利用率,已成为基本国策.当前,能源的节约和合理使用不但是一个经济问题,而且已经成为重要的战略问题.为此《节能法》,明确规定我国的节能方针是“能源节约与能源开发并举:,把能源节约放在首位”.

作为发、供、用电链路末端的配电变压器系统(包括低压相关配电设备及出线),虽然结构简单,系统设备的种类也不复杂,但由于涉及面广,使用的数量又很大(在我县供电范围内就有5000多台套配电变压器系统,2006年的用电量近16亿千瓦时).因此,该系统的安全和经济运行,对国民经济的持续发展和减少环境污染有着不可估量的重要意义.

1　配电变压器系统的现状

配电变压器系统处于供电线路末端和用电设备的衔接处,相对高压电网而言,其特点是低电压、大电流,而且用电负荷的性质复杂多样,既有单相、三相负荷,又有照明、动力用电之分,更有常规负荷和非线性负荷的区别,并受制于生产工艺或设备的特殊要求,加上产权的归属等问题,一直不为人们所重视.就用电单位而言,对该系统的运行管理在技术上也存在一定的难度,更不用说该系统的经济运行了.

从笔者长期实地了解的情况来看,目前绝大多数的配电变压器系统基本处于自然状态下运行,从安全、经济运行等方面来讲都不是很理想.主要表现在以下几方面:

(1)大多数配电变压器系统基本上都套用常规标准设计,注重考虑的是所供用电设备容量的需要,由于部分项目在实施时所提供的资料不全,或忽略对设备用电性质的了解,导致投运后的变压器系统严重偏离安全、经济运行的目标.

(2)已投运的配电变压器系统中,存在着配电变压器的电压分接开关运行位置不恰当、三相负荷分配不均衡,或者由于供电半径及配出的导线规格不合理等因素,造成系统的电压不正常、线路压降偏大或三相电压不平衡等现象.

(3)一些具有多台变压器或季节性用电及日夜负荷变化较大的用电单位,基本上都没有开展经济运行方式的安排,且在设备配置、系统接线等方面也没有考虑经济运行的可行性.

(4)自备专用变压器客户,由于受传统观念和习惯性错误做法的影响,不少变压器的运行严重偏离最

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收稿日期:2007212225

作者简介:朱载夫,技师,从事用电营业研究.

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佳经济运行区.特别是大工业用电企业,受到两部制容量电价制度的制约而更为严重.

(5)部分配电系统的设备选型、配置不够合理;部分导线规格,特别是零线截面选择过小,导致变压器的中性点电压发生位移.一些非线性负荷所占比重较大的用电单位,基本没有采取任何措施来消除其产生的高次谐波、瞬变等不良影响,不仅影响了电网的供电质量,同时也增加了配电线路的损耗和不安全因素.

(6)有的配电变压器系统在投产后大量增加用电设备,而系统的配套设施没有同步跟上,致使部分设备、导线过载发热严重.

(7)虽然配电变压器系统投产时已配置无功补偿装置,但由于设计配套及安装位置的不合理,或受负荷性质与工作电压的影响,造成装置的投运率不高,补偿效果波动较大,没能取得预期的效果.

(8)因对生产工艺的了解和设计深度不够,部分配电系统的保护装置未能发挥应有的作用.正因为如此,现有配电变压器系统的节电潜力相当可观,只要在管理和技术上采取必要措施,该系统的经济运行是完全可以实现的.

2　配电变压器系统经济运行的分析

配电变压器系统经济运行主要包括配电变压器及其整个系统的经济运行,现以变压器为例来说明该系统的经济运行潜力.衡量配电变压器经济运行的参数是变压器的损耗率,即变压器的自身损耗占其实际功率的百分比.变压器的自身损耗包括空载损耗(即铁损)和负载损耗(即铜损).空载损耗主要决定于变压器铁芯材料和制造工艺水平,因此在变压器出厂后已基本定型.变压器的负载损耗与变压器负载系数的平方成正比,其数值的大小取决于变压器的运行方式.同时由于每台变压器的特性参数不同,既是同规格型号和容量的变压器的特性参数也不尽相同.因此,通过对变压器性能的优劣比较,合理安排运行方式,以尽可能地减少变压器在运行中的自身损耗,提高变压器的效率,是变压器经济运行的主要目的,也是一项实用性很强的节电措施.配电变压器的经济运行简略分析如下:

当变压器在某一负载系数下运行时的负载损耗(PKZ)等于其空载损耗(POZ)时,变压器自身的损失率最低,效率最高,此时即称为变压器的最佳经济负载系数.公式表示为:

βj=

POZ/PKZ.

(1)

此时,变压器的综合有功损耗率Δ为:

ΔPB%=2×POZ/(β(2)j×SN×cosφ+POZ+B2j×PKZ)×100%.

式中,POZ为变压器空载综合损耗(kW),POZ=PO+C1×QO;PKZ为变压器负载综合损(kW);PKZ=PK

j

+C1×QK;PO为变压器空载有功损耗(kW);QO为变压器空载无功损耗(kVAR);PK为变压器短路有功

损耗(kW);QK为变压器短路无功损耗(kVAR);C1为无功经济当量;cosφ为变压器负载功率因数.SN为变压器额定容量(kVA);

由于Bj仅仅是变压器负载损耗率曲线坐标上最低的一个点,因此,国标GB/T13462292《工矿企业电力变压器经济运行导则》提出了变压器经济运行区的概念,并按损耗率的大小分为三个区,即:经济运行区、最佳运行区(优选段)和最劣运行区.具体以双绕组变压器为例说明如下:

经济运行区的划分范围为:负载系数β值的上限为变压器的额定容量,下限值所对应的损耗率应与额

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定容量时的损耗率相等,其值经推算应为βββ≤1)之间.在该运行区范围j,即经济运行区的范围在(j≤

内,其损耗率要低于变压器额定负载时的损耗.就是说,在经济运行区间内,变压器运行效率要高于变压器在额定负载条件下的运行效率.但是由于上述经济运行区的负载系数下限值过低,降低了变压器的利用率,且该区还包括了额定容量在内的较大负载范围,在此范围边缘,其损耗率ΔPB%与最低损耗率ΔPBj%相比仍相差较大.

最佳运行区(优选段)的范围是:变压器的负载系数β值的上限值β=0.75,下限值为与优选运行段上限值等效,其值经推算可导出:

2

β=1.333×β(3)j.

2

因此,配电变压器经济运行区优选段的范围为:1.333ββ≤0.75.最劣运行区,也称“大马拉小车”区,即j≤

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变压器的负载率β值在0<β<βj2范围.

综上所述,早年生产的六四、七三标准系列变压器,由于硅钢片的质量、铁芯的结构和制造工艺等因素,其空载损耗比较大,按上述公式计算其最佳运行区间(优选段)的负载率β值范围约在0.65%～0.75%之间.对于目前广泛使用的S9、S11等系列节能变压器而言,由于硅钢片的质量和制造工艺得到较大提高,并且在铁芯的结构上也进行了改进,因此其空载损耗下降很多,最佳运行区间的β值范围扩大为0.25%～0.75%之间.新近推出的非晶态合金变压器的最佳负载系数βj值更低,一般不超过30%.因此,早先规定变压器的负载率不得小于30%的论据,对新型节能型变压器而言值得商榷.

以上讨论的仅仅是单台变压器的负载率对其自身损耗的影响,而实际运行时影响变压器自身损耗的因素还很多.如变压器电源侧电压分接头的位置、用电负荷的功率因数、变压器的负荷率、三相负载的平衡度等等.特别是在有多台变压器并联运行的场所,由于各台变压器的特性参数不同,使得分配到每台变压器的负荷和由此产生相互间的影响也不同,因此在配置多台变压器的场所,其电气接线及其运行方式也影响到变压器的自身损耗,而且较单台变压器独立运行时的影响更大.当然,配电系统的其它设备的选型合理与否也直接关系到该系统的经济运行和供电质量.

现以下面两个比较典型的实例来说明配电变压器的节电潜力:

(1)某商场有S92M型配电变压器两台,容量各为630kVA,分别主供照明和制冷等设备的用电.两台变压器的特性参数如下:照明变:空载损耗1320W,空载电流百分比为0.89%,短路损耗为6519W,短路电压百分数为4.59%.动力变:空载损耗1334W,空载电流百分比为0.97%,短路损耗为6539W,短路电压百分数为4.59%.商场正常营业时照明变的负荷较为稳定,且最大负载功率不会超过400kW,而停业后基本处于空载状态,只有一些保安值班用的照明负荷.制冷变的最大负荷约为320kW左右.在春、秋、冬季停用制冷设备时,其负载只有电梯等动力用电约40多千瓦,处于轻载状态.按照上述用电负荷经比较计算,如在春、秋、冬季将制冷变改为热备用,由照明变单独供商场的全部用电,则较两台变压器同时运行可减少变压器自身损耗约21%.将照明变改为热备用,由制冷变单独供商场的全部用电,则可减少变压器自身损耗约30%.(每月可减少变压器损耗约1300千瓦时左右)

(2)某客户受电变压器型号为S92M,容量仅为315kVA,但2006年用电量竟达266.38万千瓦时,其中最大一个月的用电量为26.01万千瓦时,该变压器实际已处于满载或过载状态,且其负荷率也相当高.按上述用电量如调换800kVA同型号的变压器,则其自身损耗率就可下降64%,年节电量近18000千瓦时.

上述的具体计算略.

3　配电变压器系统经济运行的措施

配电变压器系统的经济运行,是在保证技术安全和经济合理的条件下,充分利用现有设备,通过择优选取最佳运行方式,优化负荷调整,改善变压器运行条件或更换变压器及配套网络改造等技术手段,使配电变压器系统尽可能工作在最佳经济运行区.它具有科学性、系统性、实用性和效益性,对提高配电设备的利用率,降低线损,提高经济效益具有现实意义.配电变压器系统经济运行的具体措施有以下几方面:

(1)推广节能型变压器,淘汰或改造高能耗配电变压器,对用电量小,轻载时间所占比例较大的场合,尽可能选用空载损耗小的非金合金变压器;

(2)对有多台变压器的单位,可通过对变压器的技术特性参数进行优劣比较的基础上,择优选用特性参数优良的变压器,确定经济运行的负载区间,再结合用电负荷变化情况,把节电和安全结合起来编制变压器的最佳运行方案;

(3)对含有大量非线性负荷的配电变压器,应针对负荷的性质,采取有效的技术措施,选择合适的位置,以消除用电设备的高次谐波和浪涌电流对系统造成的影响,减少产生的附加损耗;

(4)对变压器负载率低、布局密度较大的住宅小区,可通过增设变压器间的低压联络电缆,适当投切部分配电变压器,即采用n21的运行方式来减少变压器的空载损耗;

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(5)应加强对配电变压器系统的监控,了解负荷的变化情况,合理调整设备配置,优化电压分接与负荷的调整.如对国有资产的变压器,在普查摸底的基础上进行合理调配,使之工作在最佳运行区范围;对季

节性用电负荷,可选用母子变压器,以便在用电淡季换用小容量变压器等;

(6)提高用电设备的自然功率因数,对大容量的用电设备应采取无功就地平衡的补偿方式.同时要加强对该系统的维护保养,保证无功补偿设备的投运率,以提高整个系统的功率因数;

(7)扩大峰谷电价的实施范围,并拉大峰谷电价差价,以督促用户自觉移峰填谷平衡用电负荷,提高用电负荷率;

(8)对执行两部制大工业电价的用户,建议采用按最大需求量计算基本电费的方法,为用户变压器的经济运行创造条件.(按装见容量计算基本电费,不利于变压器的经济运行,助长用户为降低平均电价而拼设备用电,既增加了配电变压器系统的损耗,还影响到电网的安全运行,并且造成基本电费的流失)

综上所述,配电变压器系统的经济运行就是运用优化、定量化的科学判定方法来改变多年来形成的陈旧观念和习惯做法,用知识经济手段提高配电变压器系统运行中的科技含量去挖掘该系统的节电潜力.同时,变压器的节能降耗必须兼顾低压配电系统降低线损、减小电压波动,提高供电质量的连带效应.除了大功率集中供电负荷需要之外,设计部门应在深入了解用电结构、负荷性质的基础上,合理配置变压器及其配套设备,并对长期运行的经济性、合理性和增大配电装置一次性投资之间进行综合比较,改变综合配电变压器单台容量越选越大和大工业用电变压器越选越小的不合理状况.

4　结语

配电变压器系统的经济运行,虽然投入少,经济效益好,但难度较大.主要原因是由于该系统涉及面广,工作量较大,不仅需要配备专业人才和必要的工具设备,同时还要求其对生产工艺和专业电工理论基础有一定的了解,特别是对自备变压器用户难度更大.因此,要开展全社会的节能降耗工作,除了必要的技术措施和专业组织形式外,还需要采取相应的行政、经济手段,并在政策、金融、税收等方面给予支持,以促进我国节能减排工作的顺利开展.

参考文献:

[1]GB/T13462292.工矿企业电力变压器经济运行导则.[2]胡景生.变压器经济运行[M].北京:中国电力出版社,1998.