配電網變電所提高變壓器負荷率的探討

白亞非，沈中奇

(1.天津電力設計院，天津 300400；2.天津盛友科技有限公司，天津 300384)

配電網變電所提高變壓器負荷率的探討

白亞非1，沈中奇2

(1.天津電力設計院，天津 300400；2.天津盛友科技有限公司，天津 300384)

探討在配電網變電所中采用3個單相組成一臺三相變壓器+備用單相變壓器自動組合的方法，當三相主變任何一相故障自動切除備用單相變壓器投入恢復主變三相繼續供電；用備單相替代站內以往主變間的備用容量配置準則(即變壓器間N-1準則)、提出三相變壓器接近滿負荷運行，降低了變電所主變壓器總體安裝容量、降低了電源線路的備用運行容量，提高了電源線路輸送容量。

變電所；負荷率；變壓器。

1 概述

配電網供電始終追求保證最大供電量、保證供電質量、保證用戶及供電用戶利益、提高自動化水平為宗旨。以往變電所配置兩臺或以上變壓器考慮供電安全采用N－1準則，當一臺變故障停運時，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負荷容量，以后再通過電網操作將變壓器的過載部分轉移至中低壓電網。變壓器短時允許的過載應根據制造廠提供的數據，參照該變壓器預計的全年實際負荷曲線，以過載而不影響變壓器的壽命為原則來確定。在缺乏數據的情況下，過載率取1.3，過載時間為2 h，當變電所有兩臺變時每臺變壓器的運行負荷率為65%、三臺變時為87%、四臺變時為100%。一般變電所實際每臺變運行率為25%～40%，甚至更低。

變壓器負載率過低給工程建設和今后的運行帶來不必要的費用浪費，本文討論在滿足供電安全N－1準則下提高變壓器負荷率，達到節能、增效目的。

2 問題的提出

如某大工業用電戶110 kV變電所以10 kV供30 MVA用電負荷，變電所高壓供電線無論采用何種接線對供電用戶來講主變都有同時運行的情況，常規采用2臺25 MVA主變壓器，每臺主變負荷率為65%。

圖1 110 kV/10 kV變壓器Y/Δ接線圖

如將以上每臺三相主變壓器改為3個單相變壓器組成一個三相變壓器組并與一臺備用單相變壓器組合，在三相主變組某一相故障時將備用單相自動投入恢復主變三相供電。變電所安裝2組(3×5 MVA)+5 MVA變壓器即可滿足供電安全N－1準則，每組(三相)變壓器的備用單相替代了兩組變壓器間的備用容量，這樣選取三相變壓器運行安裝容量可盡量接近計算30 MVA負荷容量，對于短時運行出現的高于計算負荷的實際負荷波動由變壓器允許的1.0～1.3過載能力承擔。此時，變電站運行變壓器容量為2×(3×5)=30 MVA，較常規變電站總體主變運行容量少了40%、主變安裝容量少了20%。

3 3個單相變壓器組+備用單相

3.1 接線方式

110 kV及以下配電用三相變壓器，接線一般為Y/Δ或Δ/Y形式，采用單相變壓器，三相變壓器高、低壓引出端子組成接線見圖1、圖2。

圖2 35 kV/10 kV或10 kV/0.4kV變壓器Y/Δ接線圖

正常運行時，運行3個單相變壓器的斷路器及隔離開關合入、備用相變壓器斷路器斷開(隔離開關合入)，所有斷路器及隔離開關均為單相操作形式。當運行三相中某一相內部故障時，故障相主變差動保護動作將三個運行單相變高低壓斷路器斷開、故障相高低壓斷路器閉接點經其保護動作中間繼電器常開接點將故障相主變一次重合閘放電并啟動備用相對應的低壓斷路器和完好相一次重合閘裝置合低壓側斷路器、新合入的低壓斷路器開接點串接后啟動其高壓側斷路器合閘實現新組合的三相變壓器繼續運行。備用相斷路器合閘同時應閉鎖本相其他斷路器不能合閘。

各單相變壓器的容量可取三相變壓器容量的1/3，其數值保留到個位并靠到標準容量系列。

3.2 高、低壓側斷路器的設置

變壓器與高、低壓側斷路器相互連接線較多。110 kV斷路器與單相變壓器引出兩只套管采用空氣導線連接，備用相與運行變斷路器切換連接采用GIS母線箱連接，中性線連接采用懸吊管母線及軟導線架空線連接并接入中性點設備，與電源線連接采用下出電纜或上出套管架空線方式。35 kV及以下低壓外接引線可采用絕緣母線箱和斷路器柜連接，引出電源采用單相電纜方式。當一相變壓器故障后可將其拆除不影響完好相運行。

高、低壓側的斷路器可作為變壓器單元的主斷路器使用。35 kV、10 kV可采用永磁機構的SF6斷路器，0.4 kV空氣斷路器采用電動機+彈簧機構。

3.3 各側電流互感器的設置

考慮到將故障變壓器拆除、檢修，變壓器高、低壓側的電流互感器設置在斷路器單元的進出線路側，在備用相投入后二次線不用切換并滿足新組合三相變壓器使用要求。

3.4 高、低壓側斷路器單元布置

110 kV變壓器高壓側可選用GIS斷路器單元實現，35 kV及下電壓等級可采用斷路器開關柜形式，GIS及開關柜采用現有常規三相設備改造為兩相設備使用，見圖3、圖4。

圖3 35 kV/10kV或10 kV/0.4 kV變壓器布置示意圖

圖4 110 kV/10 kV變壓器布置示意圖

此布置設想是單相運行變壓器故障后可以獨立拆除、更換，不影響新組建的三相變壓器組繼續運行。

4 結語

(1) 結合變壓器臺數及容量，如果采用3個單相變壓器+備用相方式，已經沒有變壓器故障將其所帶容量轉移到相鄰變壓器的需要，變壓器正常運行負載率可以接近滿負荷運行，其短時較大沖擊負荷讓變壓器可短時過載能力(1.3～1.5)承擔。

(2) 3個單相變壓器+備用相方式其實與現有500 kV變電所變壓器配置情況基本相同；本方法僅僅是較500 kV增加了備用相的自投，可靠性主要取決于自投裝置本身的質量，可行性取決于用戶對占地要求不能過小，由于變壓器本體部分占地較大、斷路器元件多，初期投資比三相一體變壓器大出約1.6～2.1倍(節省變壓器容量越大倍數低)，如將變壓器切換斷路器與母線用斷路器合一使用綜合投資可降低到常規的1.4～1.7倍。此時，變壓器低壓側可不設母線聯絡斷路器。初期投資還有降低的可能性。

(3)變電所降低了主變總體安裝容量及運行費用，也降低了電源線路的備用運行容量，提高了電源線路的輸送容量。

(4)對于停運設備超過DL/T393—2010有關規定應進行例行試驗，本方法可在臨近期限人為規定倒投或在先期進行規定超期使用。

[1]GB/T 17468—2008，電力變壓器選用導則[S]．

The Discuss on Enhancing the Transformer Load Rate for the Substation of Power Distribution Network.

BAI Ya-fei1, SHEN Zhong-qi2
(1. Tianjin Electric Power Design Institute, Tianjin 300400, China; 2.Tianjin Shengyou Science and Technology Ltd., Tianjin 300384, China)

This paper discusses in an automatic combined method on using three groups of Single-phase Transformer to be composed into a main set of Three-phase transformer on the power distribution network, In case of any failure at any Single-phase transformers in the main set, an auto switch by means of another additional Single-phase transformer to be supplementary equipped. the supplementary could be able to instead of the fault automatically to restore Threephase power supply. Meanwhile, if there is any close to approaching full load operation on Three-phase supplies, the supplementary can be applied ability to reserve capacity resolved from the main set as configuration (N-1 criterion between transformers), in order to reduce the total operating capacities for the power substation, the above simulated results show the validity of this kind of method.

substation of power distribution; loading rate.

TM63

B

1671-9913(2016)04-0047-04

2016-02-03

白亞非(1959- ) ，男，河北趙縣人，高級工程師，從事電力系統變電所電氣設計。