主變供電方式與負荷用電節能分析

徐良成

（合肥京東方光電科技有限公司， 安徽 合肥 230013）

引言

變電站是輸配電系統中的重要環節，合理地選擇配置變電站的運行設備與運行方式，在電網的安全供電和經濟運行方面，均有著重要的意義。隨著工廠用電量的迅速增長和人民生活水平的提高，對電能質量、技術水平、經濟狀況、供電的可靠性指標要求也日益提高。變壓器運行方式的合理選擇，對確保設備和電網的安全穩定運行至關重要。在城網和工業發展計劃的推動下，變電站的建設得到了快速發展。在以工業用電作為主導的城市供電情況下，基于工廠各類負荷的大小及利用率在選擇變壓器容量的經濟性和主變的運行方式的投入合理性，盡可能地保障電力系統可靠、穩定的運行，以達到最優的運行效果，實現利益最大化。

1 變壓器的運行方式

變壓器的經濟運行就是充分利用現有的設備條件，通過細致分析和計算，在保障負荷可靠供電的前提下，擇優選取運行方式并按變壓器的自身參數特點，充分發揮變壓器效能，改變變壓器運行方式無需增加投資，只要加強用電科學管理，即可達到節電及節省基礎用電投資費用。

1.1 變壓器的并列運行

將兩臺或多臺變壓器的一次側以及二次側同極性的端子之間，通過同一母線分別互相連接，這種運行方式就是變壓器的并列運行。以某科技公司110 kV變電站為例（以下簡稱X科技公司），一線和二線同為來自上端的220 kV變電站，從供電可靠性分析，如果兩臺變壓器并列運行，其中一臺主變故障時，斷路器因保護跳閘使主變退出運行，另外一臺主變承擔起兩條母線下所有負荷的供電需求，使得其所帶負荷不間斷的穩定運行。

當負荷增加到一臺變壓器容量不夠時，可并列投入第二臺變壓器，而當負荷減少到不需要兩臺變壓器同時供電時，可將一臺變壓器退出運行，這樣可盡量減少變壓器損耗，達到經濟運行的目的。同時兩臺變壓器可互為備用，在其中一臺變壓器故障或維修時，由另一臺供給大部分負荷，這樣可以提高供電的可靠性。

變壓器并列運行要求每個變壓器的接線組別、變比、短路電流的參數相同或接近，且兩臺變壓器容量之比不應超過3∶1。

1.2 變壓器的分列運行

分列運行是指兩臺變壓器一次母線并列運行，二次母線用聯絡斷路器分斷，這時變壓器通過各自的二次母線供給各自的負荷，這種運行方式的特點是在故障的狀態下的短路電流小，對所在故障母線下的負荷和設備的沖擊和損害較小。在故障及檢修過程中，影響的范圍及時間跨度小，較好地滿足對設備的供電要求。

2 變壓器容量選擇及經濟運行

電力變壓器是供電系統中的關鍵設備，其主要功能是升壓或降壓，以利于電能的合理輸送、分配和使用，對變電所主接線的形式及其可靠與經濟有著重要的影響。所以正確合理的選擇變壓器的類型和容量，是極其重要的一項任務。

變壓器容量的選擇是變配電系統設計中的一個關鍵問題，選取變壓器容量應考慮負荷的大小和性質，對平穩負荷供電的單臺變壓器，負荷率一般超過50%，對季節性變動較大的變壓器，應考慮發展的可能性和運行的合理性、整體的經濟效益。整體的經濟效益主要考慮一次性投資費用和年運行費用，而一次性投資費用包括：變壓器購置費、變壓器增容費、與變壓器配套的高低壓開關柜及線路的投資費、施工費、年運行費用包括固定資產折舊費、維護費、修理費、變壓器電能損耗費等。選擇變壓器容量時，除了考慮上述因素外還應考慮變壓器的負載率，以X科技公司為例，鑒于考慮擴容等眾多因素的原因，對變壓器容量的設計偏大，目前的總負荷率30%左右，因為配電變壓器的負載率在0.4～0.6之間效率較高，仍然有較大的節能空間。

3 工廠的負荷特點及經濟運行

所謂電力負荷就是使用電能的用電設備消耗的電功率。電力負荷包括異步電動機、同步電動機、各類電弧爐、制冷制熱設備、精密設備等，他們分屬于工農業、企業、交通運輸、科學研究機構和人民生活等方面的各種電力用戶。根據電力用戶的不同負荷特征，電力負荷可區分為各種工業負荷、農業負荷、交通運輸業負荷、生活用電負荷等。

3.1 負荷分類的特點

隨著工業化進程的加快，工廠的負荷種類及數量不斷增多，一方面負荷多樣化的加速，要求電力系統的電能質量及電壓的穩定性不斷的提升。對于工廠負荷的特點，以X科技公司為例，工廠用電可分為動力設備用電和工藝設備用電，這兩種負荷用電占據了全廠約90%的電能配置。動力設備中大功率變頻電機以及工藝設備中高精度的設備、儀器，在電力中斷或電壓波動中及其脆弱，電能質量要求很高。

3.2 負荷利用率分析

負荷率是進行電力設備建設和改造的基礎，各分廠工藝設備的實際平均用電負荷率保持在25%以下，電能的利用率保持在較低水平上。

通過對X科技公司2014—2017年間系統的負荷曲線進行分析，負荷率從2014年的14%，到2017年的26%，負荷率有大幅提升。隨著生產和建設進入穩定期，負荷的利用率一直穩定在25%～30%之間。

3.3 改變主變運行方式的節能效果

X科技公司三臺110 kV主變壓器，每臺容量均為63 000 kVA，總裝機容量為189 000 kVA。由上節對負荷數據統計易知，若停運一臺主變，負荷率可保持在50%以內。以2號主變停運為例，1號、3號主變可通過母聯帶載2號主變下負荷。由于1號、3號主變都來自于A變電站，且參數和型號完全相同，參照變壓器并列運行的條件可知，符合并列運行條件，增加了系統運行的穩定性和可靠性。另外，通過減少最大需量，可以為公司節省不小的電費成本，如圖3所示為2015年到2017年的最大需量實際統計結果，其中2016年的6—9月份為電力公司停電檢修期。在正常運行時段內，連續三年最大需量都維持在60 000 kW以下。因供電營業規則規定：按最大需量收費的用戶，申報的最大需量不得低于總容量的40%；因此在運行初期雖然已經考慮采用最大需量40%繳納容量費，目前每月繳費的最大需量為75 600 kW，但是從最近三年的運行情況來看，實際的最大需量為58 220 kW，仍然存在較大的節能空間。因此，可以向供電公司申請主變減容。

因營業規則允許實際最大需量與申報最大需量有5%的超出幅度，因此，申請減容一臺主變，總容量降低為126 000 kVA，最大需量由原來的75 600 kW降低為56 000 kW，降低19 600 kW，容量費每年可節省不小的成本；另外，由于主變停止一臺，可減少變壓器電損耗功率47 kW，極大地提高變壓器容量的利用率，具有較好的經濟效益。

4 結論

通過以上分析可知，減容和降需后，為節能降本帶來成果，但需提前與供電公司做好相關溝通和協調、以及做好線路切換準備。現將三臺主變的運行情況及報停運后主變的運行方式展示如圖1所示。

圖1 目前運行方式

由圖2可以看出，報停前全廠負荷由各主變各自承載，當一臺主變故障斷電時，廠區各配電室母聯開關動作閉合，將負荷分配到其他兩臺主變上，由于有動作時間，所以對電力設備會有短暫影響。由圖2可知，當報停后，1號、3號主變母聯開關閉合，2號主變出線開關分斷，即可實現并列運行，如其中一臺主變發生故障停電，全廠所有負荷通過母聯開關完成不間斷帶載，為了全面確保供電穩定、可靠，仍需要投入少量線路改造及恢復后的預防性試驗費用成本。

企業變電站的運行需要綜合考慮變壓器實際條件和設備負荷運行狀況，對于主變的運行方式的選擇和改變要求主變的型號和參數滿足一定的配置。在滿足供電可靠性和穩定性的前提下，減少最大需量對于企業的節能減排、降低成本需求有著十分重要的作用。

圖2 報停后運行方式