關于配電變壓器過負荷運行的分析與解決措施

保定供電公司 平 凡 陳 光

1.配電變壓器過負荷概況

保定供電公司配網變壓器共計2299臺，在負荷高峰期間，其中重載配電變壓器334臺，輕載配電變壓器1378臺。在334臺重載配電變壓器中有71臺配電變壓器存在過負荷運行現象，平均負載率達到130%。最高負載率達到了160%，變壓器嚴重過負荷運行，容易造成變壓器燒損，對配網安全穩定運行構成很大的威脅。

2.配電變壓器過負荷原因分析

有關規程和實踐經驗表明，變壓器繞組絕緣老化速度與溫度有關，一般油浸式變壓器繞組用的電纜紙適用溫度為80～140攝氏度，溫度增加6攝氏度，其老化速度增加1倍。為避免配電變壓器過負荷運行燒損，我們可以采取安裝配電變壓器冷卻器的辦法降低變壓器溫度。配電變壓器的冷卻系統共6組冷卻器，每組冷卻器根據變壓器的溫度和負荷變化自動投入和切除，投入冷卻器的組數取決于變壓器的溫度和負荷。當任意運行的變壓器冷卻器故障或變壓器溫度達到設定值，備用冷卻器自動投入運行。備用冷卻器應定時輪換，使得每臺冷卻器的利用率達到最優。此種措施降低了配電變壓器繞組溫度，減緩了其老化速度。使配電變壓器因過負荷運行燒損的幾率大大降低。而我們知道，造成變壓器繞組溫升的最根本因素是變壓器的負載率過高。只有降低變壓器負載率，才能降低變壓器運行溫度。我們可以采取在配電變壓器下裝設低壓配電箱，將低壓負荷類型進行分析，在低壓配電箱將低壓負荷分為2路進行供電。1路為重要負荷，1路為普通負荷。當變壓器負載率達到設定上限時，普通負荷自動切斷。保障了變壓器的安全穩定運行，及重要負荷的正常供電。但是也影響了供電可靠性。

由此可見，以上措施只能在短時間內保障變壓器安全穩定運行，如要從根本上解決配電變壓器過負荷問題，只有采取增容增點的改造方案。

針對保定供電公司的配電變壓器過負荷運行情況，我們進行了技術上的分析。發現保定供電公司71臺配電變壓器有67臺為農網變壓器，所占比例為94%。這67臺農網變壓器均為農村灌溉澆地用農網變壓器，此種變壓器負荷特點是在農村集中灌溉澆地時期，變壓器負載率較大，變壓器處在重載運行狀態，特別在春季澆灌季節，變壓器甚至出現過負荷運行，個別負載率甚至達到140%左右。變壓器嚴重過負荷運行容易造成故障，影響電網運行安全。但在灌溉澆地期間以外時間，變壓器處于輕載狀態，負載率降到了20%以下，甚至個別變壓器處于幾乎空載運行狀態。出現了“大馬拉小車”的情況。針對此類變壓器過負荷情況，如果單純實施增容增點改造方案，確實能夠解決變壓器過負荷問題，但是除灌溉澆地以外的大部分時間變壓器處于輕載甚至空載運行狀態。空載損耗增加，配電變壓器的效率降低。造成了資源上的浪費。

3.配電變壓器過負荷治理措施

結合以上技術分析結果，我們對保定供電公司配電變壓器時段性負荷增長的現狀，進行了以下幾個方面的整改措施。

3.1 兩臺配電變壓器并聯運行

配電變壓器實施并聯運行條件是：額定電壓比相等；聯結組標號相同，且相序相同；阻抗電壓接近相等；變壓器的容量比不大于3:1。實施配電變壓器并聯運行的優點是可充分利用變壓器的容量，在用電負荷較小、低于其中一臺的容量時，停用其中一臺。這樣就提高了變壓器的效率，保證了變壓器經濟運行。例如：原400KVA配電變壓器，在負荷高峰期間有功可達420KW，負載率105%。在負荷低谷期間有功為70KW，負載率僅為17.5%。現改為一臺200KVA與一臺315KVA變壓器并聯運行，在負荷高峰期間兩臺配電變壓器同時運行，在原有功不變的情況下，負載率為81.5%，保證了配網臺區安全穩定運行。在負荷低谷期間只運行一臺200KVA配電變壓器，315KVA配電變壓器停運，在原有功不變的情況下，負載率為35%，減少了配電變壓器的空載損耗，提高了配電變壓器的效率。

以S9-200型變壓器為例：原運行1臺S9-200變壓器，變壓器市場價值21000元，加上臺架材料及安裝費用共計43000元。經統計全年變壓器運行時間約為8640h，重載運行時間大約為1392h。那么變壓器全年損耗通過計算得出E=10659.6KW·h。現改為2臺配電變壓器并聯運行，1臺為S9-100，1臺為S9-100。市場價值28000元，加上臺架材料及安裝費用共計72000元。在負荷低谷期間只運行一臺S9-100變壓器，就可以滿足負荷需求，其全年損耗為

E′=E1+1392/8640*E2=5760.96+928.15=6 689.11KW·h

注：E1為不停運變壓器全年損耗，E2為時段性停運變壓器全年損耗。

全年節約電能損耗為：

ΔE=E-E′=10659.6-6689.11=3970.49KW·h

按照1度電0.52元，實施兩臺變壓器并聯運行一年可以節省電能損耗費用2064.65元。資金投入比單臺變壓器運行多出29000元，由此可見，兩臺變壓器并聯運行得需要14年的時間，才能收回多出的投資成本。此種改造措施存在的問題是：占地面積增加一倍，特別是市區中心地帶，實施配電變壓器并聯運行，占地問題難度較大。且一次性投入資金較大。后期收回投資成本時間較長。目前，兩臺變壓器并聯運行自動判斷投切設備技術還未成熟，還需人工進行根據負荷情況進行手動投切，操作頻繁，造成人力資源浪費。

3.2 增容更換為非晶合金變壓器

將時段性過負荷變壓器增容更換為非晶合金型變壓器。非晶合金變壓器是用新型導磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗（指變壓器次級開路時，在初級測得的功率損耗）下降80%左右，空載電流(變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流)下降約85%，是目前節能效果較理想的配電變壓器。

以S9-200變壓器為例，原運行1臺S9-200變壓器，變壓器市場價值21000元，加上臺架材料及安裝費用共計43000元。現更換為非晶合金SBH15-200變壓器，變壓器市場價值33000元，加上臺架材料及安裝費用共計55000元。經統計全年變壓器運行時間約為8640h，重載運行時間大約為1392h。原S9-200變壓器全年損耗為E=10659.6KW·h。SBH15-200變壓器全年損耗為E′=6971.4KW·h.

全年節約電能損耗為：

ΔE=E-E′=3688.2KW·h.

按每度電0.52元計算，使用非晶合金變壓器每年可節省電能損耗費用1917.86元。資金投入比原S9型變壓器多出12000元，非晶合金變壓器只需運行6年以上，就能夠收回多出的投資成本。此種措施不受占地面積限制，一次性投入資金較少，后期收回投資成本時間相對較短。

3.3 增容更換為自動調容變壓器

自動調容變壓器是一種新技術節能型配電變壓器，能夠根據負荷大小自動調節容量，其工作原理是：在大容量時，高壓繞組接成三角形接線方式，低壓繞組并聯結構。在小容量時，高壓繞組接成星形接線方式，低壓繞組串聯結構。使變壓器在負荷低谷期間自動運行在小容量檔位，輕載時其空載損耗大大降低，小容量空載損耗僅為大容量時的1/3，節能效果顯著。它解決了配電臺區時段性負荷變化幅度很大而造成變壓器空載損耗大的問題，克服了無載調容變壓器斷電手動調容導致的運行維護難題。

以S9-200變壓器為例，原運行1臺S9-200變壓器，變壓器市場價值21000元，加上臺架材料及安裝費用共計43000元。現更換為新型自動調容SZ11-T-200型變壓器，市場價值63000元，加上臺架材料及安裝費用共計85000元。經統計全年變壓器運行時間約為8640h，重載運行時間大約為1392h。經計算原S9-200變壓器全年損耗為E=10659.6KW·h。自動調容SZ11-T-200變壓器負荷高峰期間（1392h）在大容量檔位（200KVA）運行，負荷低谷期間在小容量檔位運行（63KVA）運行，經計算可得S11-T-200變壓器全年損耗為：

E′=4317.6KW·h.

全年節約電能損耗為：

ΔE=E-E′=6342KW·h.

按每度電0.52元計算，使用S11-T-200變壓器每年可節省電能損耗費用3297.84元。資金投入比原S9型變壓器多出42000元，S11-T-200變壓器需運行12.7年才能夠收回多出的投資成本。此種措施不受占地面積限制，但一次性投入資金較大，后期收回投資成本時間仍較長。且按照自動調容變壓器的工作原理，變壓器在自動轉換容量時，會產生電壓波動，雖然持續時間較短（2ms），但是否會對低壓用戶供電質量造成影響尚未明確。

4.結論

通過上述三種措施分析比較可知，以上三種措施均能解決配電變壓器時段性過負荷的問題，而且能提高供電可靠性，降低配電變壓器損耗，提升用電管理水平。但是，從經濟效益角度考慮，三種措施比較，采用增容更換非晶合金變壓器的實施方案明顯優于其他兩種措施。

綜合以上分析，針對配電變壓器過負荷運行的情況，我們有以下幾點建議：一是要設備管理部門切實加強配電變壓器運行巡視管理工作，密切關注與監測配變負荷情況，努力提高對配變負荷增長的預判能力。對于過負荷運行的配電變壓器提前進行整改。二是采用新技術，努力提高配網臺區智能化水平。在低壓配電箱內采用負荷監測遠程控制技術，在配電臺區低壓線路上裝設分段開關，分段開關由負荷監測設備遠程控制。負荷監控設備根據配電變壓器的負荷情況，選擇性的切斷某個分段開關，保證配電變壓器安全穩定運行。三是為提高變壓器效率，降低變壓器空載損耗，增加經濟效益。配電變壓器增容措施應采取更換為非晶合金變壓器的改造方案。

[1]王瓊,藍耕.配電線路[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]宋連庫,王樹聲.配電線路實用技術[M].哈爾濱:黑龍江科學技術出版社,2006.

[3]邱關源.電力系統可靠性分析基礎及應用[M].北京水利電力出版社,2005.