供電負荷、經濟運行與變壓器的容量選擇

董征森

（山東曹縣供電公司，山東 曹縣 274400）

隨著社會經濟的快速發展，社會對電力系統服務的要求越來越高，要求電力供應安全、可靠，滿足用電需求；對電力企業而言，又有降損節能的要求。在變電站新建、擴建和變壓器增容等具體工作中，選擇變壓器的容量主要考慮供電區域內的供電負荷的大小和變壓器的經濟運行方式。變壓器容量選擇得當，不僅節約變壓器及其配套裝置的一次性投資，而且能夠有利于降損節能，達到變壓器的經濟運行，減少運行、維護的費用；同時，根據負荷的多少和各變壓器容量，可靈活采用變壓器獨立運行、并列運行等方式，達到經濟運行。

1 選擇變壓器容量的原則

變電站內變壓器容量和臺數是影響電網結構、供電安全可靠性和經濟性的重要因素，應根據地區供電條件、負荷性質、運行方式和用電容量等條件綜合考慮確定。總的來說，對變壓器容量大小的選擇具體取決于區域負荷的現狀和增長速度、上一級電網提供負載的能力、與之相聯結的配電裝置技術和性能指標，取決于負荷本身的性質和對供電可靠性要求的高低等等，新建、擴建和改造過程中，變壓器增容的容量和臺數，一般根據常規經驗，結合相關標準、規程，考慮如下因素：

1）變壓器額定容量應能滿足供電區域內用電負荷的需要，即滿足全部用電設備總負荷的需要，以便投入運行后能常年經濟運行，避免變壓器長期處于過負荷狀態運行。新建變電站要合理選擇變壓器的容量，使變壓器的負荷率最佳，其運行效率最高，損耗最低。投產初期變壓器的負載率盡量接近最佳經濟運行負載系數，最大負荷利用小時數大于3000h時可取 0.6～0.7，最大負荷利用小時數小于3000h時可取 0.75～1.0；變壓器容量應滿足 5～10年規劃負荷的需要，為今后供電區域負荷增長保留了足夠的容量裕度，防止不必要的擴建和增容。

2）對一般負荷的變電站，變電站一般裝設兩臺以上變壓器，保證供電運行方式靈活，提高供電可靠性。單臺變壓器容量的選擇不宜過大和過小，主變單臺容量應根據供電區域的負荷密度進行選擇，要預留負荷發展和擴建的可能，實現變電站容量由小到大。一般認為變壓器負荷率為額定容量的70%～80%較合適，對主變壓器則應盡量按最大需求量選擇容量。當任何一臺變壓器停運時，其負荷自動轉移至正常運行的變壓器，此時變壓器的負荷不應超過其短時容許的過載容量，以后再通過電網操作將變壓器的過載部分轉移走，例如變電站之間的拉手互供方式；對于供電區域內的重要用戶，變電站內每臺變壓器的容量不小于最大計算負荷的60%，一臺變壓器在故障或停電檢修狀態下，另外變壓器的容量在過負荷能力允許時間內，能保證用戶的一級和二級負荷。

3）變壓器容量選擇要因地制宜，既要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資的節約，又要考慮國家降損節能政策和變壓器長期運行中的功率損耗，對新上的變壓器應優先選用損耗參數良好、節電效果大、經濟效益好、投資收回期短的新型變壓器，符合國家相關能效標準。這樣，雖然短期增加了購買設備的投資，但這樣新型的變壓器能夠節約能源，減少電量損耗，多投資部分靠節約電量的電費，短時期即可收回。

4）為滿足供電N-1的可靠性準則，變壓器容量的選擇除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態下，減少供電引起的經濟損失和對社會的影響；對變電站密集區，由于變電站之間存在聯絡供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量選擇可以適當減小，正常條件下分區域各自供電，當不能滿足供電輸出時，通過運行方式的調整，可以靠周邊的變電站通過聯絡線帶部分負荷。

2 變壓器經濟運行的條件和要求

變壓器經濟運行是在確保變壓器安全運行和保證供電量的基礎上，通過對變壓器進行合理配置，擇優選取變壓器經濟運行方式，對變壓器負載實施經濟調整，從而最大限度地降低變壓器的電能損耗。變壓器經濟運行的實質就是變壓器節電運行。變壓器經濟運行的方式由供電區域內的供電負荷與變壓器容量、臺數確定，變壓器經濟運行與變電站內變壓器的臺數、容量和性能參數密切相關。在變壓器設計選型、運行檢修，變電站建設、擴建及改造時，我們都要將變壓器經濟運行的相關條件和要求考慮到。實現變壓器經濟運行，應具備和滿足以下條件和要求。

1）變電站內的變壓器要合理配置

新建變電站分期建設，要結合最終規模和負荷增長情況確定一期變壓器的容量。變壓器的負載率應接近最佳經濟運行區域，一般在75%以下為最佳，若短期內不進行擴建，變壓器不宜滿負荷運行。選用變壓器的技術參數，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負載損耗基本相同時，盡量選用空載損耗小的變壓器，負載損耗滿足國標《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》。

對于擴建、改造的變電站，選擇主變容量時，一定要滿足與站內現有的變壓器技術參數相匹配，滿足主變并列經濟運行條件；另外，還要深入現場實地勘察，新的增容、擴建方案實施時可操作性要強，看場地是否足夠，原設備基礎是否滿足新設備安裝的要求，施工是否安全、方便等；同時，還要考慮增容更換變壓器長時間停電時，對供電用戶和社會可能帶來的不良影響等，改、擴建方案科學合理，減少供電企業改、擴建的費用。

2）變壓器經濟運行應在優選運行段運行

單臺變壓器經濟運行區平均負載系數，β的上限為1，下限為Pk/Po，（其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負載損耗）；經濟運行區優選運行段的平均負載系數，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。現在，變壓器制造技術水平的不斷提高，變壓器的效率較高，變壓器的空載損耗大幅度降低，變壓器的最佳經濟運行負載系數也在降低。

3）變壓器經濟運行方式

變壓器經濟運行方式有多種，應根據不同運行條件采用相應的經濟運行方式。

（1）并列運行的雙（三）繞組變壓器時，根據負載特性曲線比較兩條負載特性曲線確定組合（含單臺）變壓器經濟運行方式。當負載特性曲線無交點時，選用綜合功率空載損耗較小的變壓器運行。有交點時，將變壓器總平均視在功率（S）與臨界綜合負載視在功率（SLZ）對比：S＜SLZ時，選用綜合功率空載損耗值較小的變壓器運行；S＞SLZ時，選用綜合功率額定負載損耗值較小的變壓器運行。

變壓器并列運行是提高變壓器經濟運行的有效方式。變壓器并列運行應滿足并聯條件，即聯結組別與相位關系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調壓范圍內的每級電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動勢差，產生循環電流；短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內，容量比在0.5～2之間。變壓器并列運行可根據用電負荷大小來進行投切，當負荷增加到一臺變壓器容量不夠用時，則可并列投入一臺變壓器，而當負荷減少到不需要兩臺（或多臺）變壓器同時供電時，可將一臺變壓器退出運行，盡量減少變壓器本身的損耗，達到經濟運行的目的。

在并列運行中，為保證負荷分配均勻，短路阻抗不同的并列變壓器，可適當提高短路阻抗高的變壓器的二次電壓，防止短路阻抗和容量小的變壓器過載，而容量大和短路阻抗大的變壓器欠載。

（2）分列運行的雙繞組變壓器時，在總供電負載不變的情況下，對二次側有聯絡線的應對共用一臺或兩臺分列運行方式進行比較選擇。在采用一臺變壓器滿足總供電負載的情況下，應對兩臺分列運行變壓器的空載損耗和額定負載損耗進行比較，選擇總損耗最低的為共用變壓器，再對選定共用變壓器與兩臺變壓器分列運行方式進行比較，選擇出綜合功率損耗小的運行方式。

4）變壓器經濟運行要進行負載經濟調整

（1）雙（三）繞組變壓器分列運行時，應合理分配變壓器間負載，使變壓器總功率損耗最小。對于單獨運行的三繞組變壓器，應通過變壓器二次側和三次側繞組負載的合理分配，使變壓器總的綜合功率損耗最小。變壓器綜合功率的負載經濟分配系數可通過計算公式計算。

（2）負載經濟調整的方法手段。在總用電量不變的情況下，為降低綜合功率損耗率，應采用調整變壓器負荷率、調整變壓器相間不平衡負載和削峰填谷等技術措施。

建立在安全可靠供電的前提條件下，在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合損耗率小的變壓器投入運行，要按上述負載經濟調整的方法手段進行調整負載。對負載集中地區，供電可靠性要求較高的用戶，備用變壓器應有可靠的自動投入裝置相配套，當運行變壓器故障不能運行時應自動投入運行，確保不中斷正常供電。當并列運行的變壓器中有一臺損壞或需要檢修時，要迅速將之從電網中切除，不影響其它變壓器正常運行，減少了故障和檢修時的停電范圍和次數。

3 變壓器容量選擇的應用

近幾年來，隨著城、農網改造的進度加大，每年都要進行變電站的新建、擴建和變壓器增容等工作。現舉例說明供電負荷、經濟運行與變壓器的容量選擇在變電站改造中的具體應用。

35kV某變電站，原有兩臺4000kVA主變壓器，主要負荷是鄉鎮工業與居民生活用電等。一般正常負荷達2500kVA，最高可達4000kVA，變電站原有兩臺變壓器并列運行時可以滿足其用電需要。今年又要新增1200kVA負荷，該變電站原有變壓器的容量只能長期并列運行才能滿足需要，因此必須增加變電站變壓器的容量。變電站主變增容改造時，方案一：在原有兩臺主變的情況下再增加 1臺4000kVA變壓器，隨負荷變化并列或停運1～2臺變壓器；方案二：將其中一臺4000kVA主變壓器換成一臺6300kVA變壓器。現按GB/T 13462-2008《電力變壓器經濟運行》的要求對兩種方案分別進行論證比較分析。新增及原運行變壓器損耗參數如表1。

表1 新擴建及原運行變壓器損耗參數比較表

表中*的數據為參照GB/T6451《三相油浸電力變壓器技術參數和要求》給出的標準數據。

1）變電站變壓器增容方案一：擴建新間隔，增加一臺4000kVA的主變，最大負載5200kW時進行運行分析論證。

（1）當原兩臺變壓器并列運行，變壓器的負載系數（假定變壓器并列運行時的負載平衡）

β=S/Sn=5200kVA/8000kVA=65%。

兩臺變壓器并列運行時的有功損耗分別為⊿P1= P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=16.89kW。⊿P2= P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=16.86kW。

總損耗功率⊿P=⊿P1+⊿P2=33.75kW，同時也可得出乙變（2#）的損耗特性優于甲變(1#)。

（2）若增加第三臺變壓器，則變壓器的負載系數

β=S/Sn=5200kVA/12000kVA=43.3%。

三臺變壓器并列運行時的有功損耗分別為

?P1=P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=10.03kW。

?P2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=9.94kW。

?P3= P03+β2PK3=5.15kW+β232kW=11.15kW。

總損耗功率?P=?P1+?P2+?P3=31.12kW。

三臺變壓器運行較原兩臺運行每年節約電能：

A1=T?P=8760h×(33.75-31.12)kW=23039kW·h。

2）變電站變壓器增容方案二：若更換其中一臺4000kVA變壓器為一臺6300kVA變壓器，最大負載為5200kW時運行分析論證。

（1）若單臺SZ9-6300/35的變壓器運行時：

其負載系數

β=S/Sn=5200kVA/6300kVA=82.54%

變壓器的有功損耗

?P1= P0+β2PK=7.3kW+β241kW=101.69kW

（2）若兩臺變壓器并列運行時：

其負載系數

β=S/Sn=5200kVA/10300kVA=50.5%。

由上述分析可知，乙變（2#）的損耗特性優于甲變（1#），故選擇用6300kVA變壓器替換甲變（#1）。兩臺變壓器的有功損耗分別為

?P1= P01+β2PK1=7.3kW+β241kW=17.75kW

?P2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=11.93kW

總功率損耗?P=⊿P1+?P2=29.68kW

該方案兩臺變壓器運行較原兩臺運行每年節約電能為

A2=T×?P=8760h×(33.75-29.68)kW=35653.2kW·h

3）由以上兩方案分析可知：

（1）方案二中單臺SZ9-6300/35的變壓器運行時的功率損耗高于兩臺變壓器并列運行時的損耗，故盡量采用兩臺主變并列運行比較經濟；并列運行時，方案二比方案一每年節約電能為：A=A2-A1=12614kW·h，節約電能產生的經濟效益十分可觀。

（2）從投資上看，1臺6300kVA變壓器大約需35萬元，比購1臺4000kVA變壓器多花15萬元。但反之又節省了1臺4000kVA變壓器約20萬元，加之省去一次架構、二次保護、熔斷器、隔離開關、斷路器等約30萬元，方案二總投資比方案一少35萬元，用這筆差價資金是完全可以解決6300kVA變壓器的一次開關保護和二次保護及互感器、斷路器的更換問題。這樣，采用方案二不僅降低了變壓器的電能損耗，也大大提高了變壓器的保護水平，而且還節省了大量的投資。

4 結論

變電站供電負荷、經濟運行和變壓器的容量選擇關系密切，影響到供電企業安全和經濟效益。我們要認真執行《電力變壓器運行規程》、《電力變壓器經濟運行》等國家和行業標準，綜合供電區域內的各類因素，加強對變壓器的經濟運行管理和評價，發揮變壓器良好的節能技術指標，達到供電負荷、經濟運行與變壓器容量的優化和統一。

[1]DL/T 572-1995.電力變壓器運行規程[S].

[2]DL/T 5118-2000.農村電力網規劃設計導則[S].

[3]GB/T 13462-2008.電力變壓器經濟運行[S].

[4]GB/T 13499-2002.電力變壓器應用導則[S].

[5]GB/T 6451-1995.三相油浸式電力變壓器技術參數和要求[S].