小水電對35 k V變壓器設備利用率的影響評估*

李 翔，何奉祿，黃春艷，江浩俠

（1.廣東電網(wǎng)有限責任公司韶關供電局，廣東韶關 512028；2.廣州市奔流電力科技有限公司，廣東廣州 510640）

0 引言

由于我國電網(wǎng)長久以來形成“重輸輕配”的局面，使得配電網(wǎng)規(guī)劃和管理仍處于較粗放階段，供電公司在評判配電系統(tǒng)性能時，通常以“三率”定其好壞[1-4]。但是用于評價配電網(wǎng)設備利用率的指標及其相關的評估方法、評估標準未能受到關注。

對于負荷密度較低的農村和山區(qū)，若采用110/10/0.4 kV的配電電壓層級，往往存在110 kV負載率太低、設備利用率太低而造價太高，從而嚴重影響配電網(wǎng)的運行經(jīng)濟性的問題。采用35 kV則可以降低高壓配電的投資，并且避免10 kV供電距離遠造成的電壓質量差和線損率高的問題。因此35 kV系統(tǒng)在負荷密度低的山區(qū)還有重要的配電作用，且往往還承擔著山區(qū)小水電接入并網(wǎng)的重要作用。科學評價35 kV變電站中的變壓器設備利用率是供電企業(yè)提升運行經(jīng)濟性和做好電網(wǎng)規(guī)劃的基礎性工作。

目前來說，針對設備利用率的研究主要集中于其他行業(yè)，在電網(wǎng)方面的研究還比較少[5-7]。部分文獻采用主變壓器最大負載率、主變壓器平均負載率等指標來反映設備的利用率，文獻[8]提出了“設備利用率可以廣義地理解為配電設備能達到的最大負載率”，文獻[9]提出了負荷率是配電網(wǎng)設備利用率的影響因素之一。因此可以以負載率和負荷率作為指標來分析配電網(wǎng)變壓器利用率，但是在含小水電等分布式電源的電網(wǎng)，按照傳統(tǒng)的負載率和負荷率指標評價變壓器的設備利用率是存在爭議的。因為供電企業(yè)作為售電部門，一般只關注下送負荷部分。而含小水電的配電網(wǎng)，往往是山區(qū)配電網(wǎng)，如果僅以下送負載率和下送負荷率的角度來評價山區(qū)配電網(wǎng)35 kV變壓器設備利用率的話，就體現(xiàn)不出變壓器在小水電倒送時的貢獻。

為此，有必要細化負載率和負荷率這兩個指標，以客觀地體現(xiàn)出變壓器在小水電倒送時的利用情況。因此，本文為體現(xiàn)35 kV變壓器在小水電配電網(wǎng)的客觀利用情況，將負載率細化成下送負載率α1和雙向負載率α2，下送負荷率 β1和雙向負荷率 β2，并對比分析了含小水電配電網(wǎng)中35 kV變壓器的設備利用率的評價方法。

1 負載率和負荷率的定義

負載率即實際負荷與容量之比。但是由于35 kV變壓器的設備利用率有評價周期，作為指標之一的負載率定義為變壓器最大負荷（一般近似等于有功）與容量之比。根據(jù)文獻[10-12]可知，負載率反映設備的負載能力，以此考察設備的利用水平，該指標直接反映設備的運行經(jīng)濟性，但是，負載率僅能體現(xiàn)出在某一個時間斷面變壓器最大限度的利用情況，而不能體現(xiàn)出利用情況的連續(xù)性。如果變壓器某個時間斷面負載率達到100%而其余時間負載率很低的話，那么以此作為變壓器利用率的唯一評價指標就會出現(xiàn)以點代面、以偏概全的問題。因此，需要結合負荷率指標來進行評價。

負荷率[13-14]指在規(guī)定時間（日、月、年）內的平均負荷與最大負荷之比的百分數(shù)，負荷率用來衡量在規(guī)定時間內負荷的變動情況，以考察變壓器的利用程度，從經(jīng)濟運行方面考慮，負荷率愈接近1，表明變壓器所帶負荷越平均，變壓器利用程度越好。

因此，可以看出在評價變壓器設備利用率的時候，負載率和負荷率是兩個相輔相成的指標，負載率以點的形式體現(xiàn)出變壓器設備的極限性利用情況，而負荷率以面的形式體現(xiàn)變壓器設備的延續(xù)性利用情況。

2 小水電對35 kV變壓器設備利用率的影響分析

一般來說，由于供電企業(yè)的主要任務是從上一級電網(wǎng)獲取電力分配給用戶，因此對35 kV變電站的設備利用率的考核通常只按下送負載率、下送負荷率來考核，這在不含小水電的配電網(wǎng)來看，是不存在任何爭議的。但是在山區(qū)電網(wǎng)，配電線路和變壓器還承擔著消納小水電的作用，即使下送的負荷非常小，但為了確保小水電的發(fā)電功率全額消納，其設備選型還是需要考慮小水電的發(fā)電能力的，一旦小水電在豐水季節(jié)大量發(fā)電造成大量功率上送，僅僅按下送功率來計算負載率和負荷率將抹殺了35 kV變電站的實際貢獻。

通常，供電企業(yè)是從凈負荷的角度來考慮的。所謂凈負荷，對于35 kV變壓器而言，就是指其供電范圍內的總負荷減去小水電所發(fā)的功率，這部分是由35 kV變壓器的供電功率，即：

其中：Peq-35 kV變壓器凈負荷；PLi-電網(wǎng)內各負荷；PDG-小水電的電源出力；SL-電網(wǎng)負荷集合；SDG-小水電電源集合。

在水電倒送功率到主網(wǎng)時，不僅影響主網(wǎng)潮流的流向，也改變主網(wǎng)的潮流大小，同時由于小水電的波動性很強，使凈負荷不確定性大，小水電的電源出力受季節(jié)氣候降水量的影響，豐水期小水電的電源出力增大，此時35 kV變壓器供應的負荷Peq減少；在枯水期，小水電的電源出力減少，35 kV變壓器供應負荷增多。凈負荷的波動使得變壓器的備用率提高，因此變壓器的負載率降低，從而變壓器的利用率也相應地受到影響；小水電的反調峰特性使凈負荷波動進一步加劇而影響到負荷率，進而影響變壓器的設備利用率。

2.1 負載率指標的細化

小水電的接入，會導致功率倒送，現(xiàn)以簡單的小水電倒送功率圖分析小水電接入對負載率的影響，見圖1。

圖1

假設在規(guī)定的變壓器設備利用率評價周期內，按傳統(tǒng)觀念來說變壓器負載率指標為Peq的最大正值max（Peq）與ST的比值，但是當豐水期小水電大量倒送時，有可能出現(xiàn)Peq最大負值的絕對值max（|Peq|）＞max（Peq）的情況，這時候以傳統(tǒng)的負載率去評價35 kV變壓器的設備利用率不夠客觀，會抹殺了小水電倒送時35 kV變壓器的貢獻。當然，從供電企業(yè)的角度來說，僅考慮下送負荷的負載率也是有一定道理的，因為只有下送功率才能給供電企業(yè)帶來經(jīng)濟效益。因此本文對負載率指標進行細化成只考慮經(jīng)濟效益的下送負載率α1和客觀體現(xiàn)設備利用情況的雙向負載率α2來分析35 kV變壓器的設備利用率。

下送負載率α1的計算公式如下：

其中：Pud-max為僅考慮下送負荷的最大負荷；ST為變壓器容量。

雙向負載率α2的計算公式如下：

其中：Pbd-max為考慮雙向負荷的最大負荷。

負載率指標具體算法見表1。

表1 單、雙向負載率指標算法

2.2 負荷率指標的細化

下送負荷率β1的計算公式如下：

其中：Pud-avg為僅考慮下送負荷的平均負荷。

雙向負荷率β2的計算公式如下：

其中：Pbd-avg為考慮雙向負荷的平均負荷。

負荷率指標具體算法見表2。

表2 單、雙向負荷率指標算法

3 實例分析

3.1 負載率指標對比分析

選取某市37臺35 kV變壓器2013年運行數(shù)據(jù)按表1的計算方法計算下送負載率α1和雙向負載率α2。

得到對比結果如圖2和表3所示。

圖2 下送負載率α1與雙向負載率α2的比較

表3 不同負載率區(qū)間下兩種負載率算法所占比例對比

由表3可以看出，在負載率0～30%區(qū)間，雙向負載率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負載率算法得出的數(shù)量有所減少，比例由14%減至5%；在負載率大于70%區(qū)間，雙向負載率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負載率算法得出的數(shù)量有所增加，比例由51%增至59%；其余負載率區(qū)間數(shù)量未有變化。這表明只考慮經(jīng)濟效益的下送負載率的確會在一定程度上掩蓋了變壓器設備的客觀利用情況。

3.2 負荷率指標對比分析

選取某市25臺35 kV變壓器2013年運行數(shù)據(jù)，按表2的計算方法計算下送負荷率β1和雙向負荷率 β2。

得到對比結果如圖3和表4所示。

從表4可以看出，在負荷率0～15%區(qū)間，雙向負荷率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負荷率算法得出的數(shù)量有所減少，比例由32%減至8%；在負荷率15%～30%區(qū)間，雙向負荷率算法得出的變壓器數(shù)量比起下送負荷率算法得出的數(shù)量有所增加，比例由36%增至60%；其余負荷率區(qū)間數(shù)量未有變化。這表明只考慮經(jīng)濟效益的下送負荷率的確會在一定程度上掩蓋了變壓器設備的客觀利用情況。

圖3 下送負荷率β1與雙向負荷率β2的比較

表4 不同負荷率區(qū)間下兩種負荷率算法所占比例對比

4 結語

變壓器利用率是衡量配電網(wǎng)建設經(jīng)濟性的重要指標，在以往并未受到太多的重視，一般供電企業(yè)僅僅從下送負荷角度來衡量變壓器的貢獻，這種評價對于含小水電的35kV變壓器往往不夠客觀。

本文針對35 kV變壓器設備利用率開展研究，以負載率和負荷率作為評價指標，考慮到35 kV變壓器所處的小水電配電網(wǎng)的特殊性，對負載率指標和負荷率指標進行細化，并對比了細化后的下送負載率α1和雙向負載率α2、下送負荷率 β1和雙向負荷率 β2，得出采用雙向計算后能較為客觀地體現(xiàn)出35 kV變壓器設備的利用情況。基于本文的工作，在以后采用其他類似指標評價含小水電或者其他分布式新能源電網(wǎng)的設備利用率時，應當考慮增加雙向計算并細化指標以客觀體現(xiàn)設備在分布式能源倒送時的貢獻。

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