配電變壓器經濟運行性探究

國網吉林省電力有限公司吉林市城郊供電公司 吉林 吉林 132010

配電變壓器總數和總量龐大,處于電力系統的末端配電網,其主要功能就是電能的傳輸、電能的調控以及電能的分配,在此過程中出現的有功功率損耗和無功功率損耗也會隨之上升。變壓器在功率消耗最小的情況下運行,使得運行費用最低、電能損耗最少,即變壓器經濟運行性。變壓器經濟運行的目的有以下三方面:一是延長變壓器使用壽命;二是減少電能損耗;三是節約能源。在我國工業用電、生活用電需求日益增加的背景下,配電變壓器經濟運行性具有極其重要的作用。

一、配電變壓器經濟運行性現狀

現階段,配電變壓器運行不穩定現象在我國很多地區電網普遍存在,部分地區電網配電變壓器運行不穩定問題嚴重,導致電力能源極度緊張,甚至供不應求。這種現象給當地企業正常生產、居民正常生活以及經濟健康發展都產生了不同程度的影響,不僅損害了電力企業聲譽,還會給社會帶來不安定因素[1]。在我國電力需求持續增長,電力建設滯后、電力供應不足相對不足的情況下,及時進行電網改造,進一步加強配電變壓器運行經濟性至關重要。在電力系統中,配電變壓器數量巨大、應用范圍廣泛,可確保電能轉換過程高效、快速,其經濟運行性將直接影響到電力系統的經濟性。相較于西方先進國家,我國電力系統平均線損率明顯更高,可達到15%以上,加之農村電網、城市低壓配電網以及大型工礦企業配電網的線損,在輸配電過程中,全國一年約有2000億千瓦的電能損耗,平均線損率超過18%。農村配變電壓器損耗約為50%,這可能與農村地區配電變壓器全年空載運行時間和輕載時間較長,峰谷差大、季節性強有關。在大型企業和城鄉15k V及以下的配電網總線路損耗中,配電變壓器損耗占據三分之一?？偠灾?電力企業想要獲得更為理想的經濟和社會效益,就必須從提升配電變壓器經濟運行性著手。

二、配電變壓器經濟運行存在的問題

(一)傳統系統。由于低壓電網范圍小,采用傳統系統的部分,配電變壓器絕緣得到了充分保障,因此供電經濟性、供電可靠性以及供電安全性都比較好[1]。

(二)WH系統。從經濟運行角度出發,WH系統安裝漏保護的方式,雖然投資成本較大,能夠有效避免電擊傷害。從配電變壓器可靠性角度出發,漏電總保護可導致頻繁跳閘,造成大面積停電,進而影響工業生產和居民正常生活。有統計數據指出,90%以上的漏電總保護動作跳閘,與各種原因的漏電有關。農村地區多為低壓電網,因此配電變壓器采用WH系統加裝漏電保護器,但漏電總保護動作跳閘導致的停電次數較多,所帶來的影響和后果也愈發嚴重。以往,我國農村低壓電網范圍大,設備監控狀況差,無法保證低壓電力網零線、相線對地絕緣等因素,電擊事件頻發,故采用安裝漏電總保護的方式,降低電擊事故帶來的人身傷亡情況。隨著我國農村電力設施的不斷進步,已經安裝漏電保護的地區,因電擊而傷亡的人數顯著減少,因電擊而死亡的事故中,多是由于漏電保護器損毀所致[3]。在保證供電可靠性和用電安全兩者之間,以上配電變壓器運行方式無法兼顧,亟待找到一種在確保配電變壓器供電可靠性和用電安全的方式。

(三)WH-R系統。采用WH-R系統的部分,配電變壓器在運行安全性、可靠性方面存在一定不足,電氣設備外露容易引發配電變壓器部分漏電,甚至造成大范圍停電,因此應由過流保護切斷電源。同時,受線路導線阻抗較大等因素影響,在用戶電氣設備故障,導致配電變壓器部分漏電的情況下,可能出現過流保護無法切斷故障等現象,帶電的電氣設備外露,人直接碰觸帶電部分或碰到已帶電的電氣設備時,可造成電擊危險。配電變壓器運行過程中,為有效解決這一問題,應設置末端漏電斷路器,改變接地方式。

三、配電變壓器節能的具體措施

(一)選用節能型變壓器。節能型產品是電力企業配電變壓器的首選。目前,市場應用最為廣泛的仍然是S9型配電變壓器,但S11、S12等新設備伴隨新技術的出現,在一定程度上替代了S9型,新設備節能效果更佳顯著,空載損耗可降低30%,空載電流降低40%。當前,作為第七代節能產品,非晶合金變壓器已成為節能效果最理想的配電變壓器,與傳統設備相比,空載損耗可下降70%～80%,在部分發達國家電力系統中應用逐漸增多。由此可知,選用節能型變壓器,最大限度降低電能損耗是電力企業發展新趨勢,有利于提升變壓器經濟運行性[4]。

(二)電壓調整法

圖1 配電變壓器總損耗公式

配電變壓器總損耗計算公式見圖1[5]。其中,UN、U表示額定電壓和運行電壓;R表示變壓器繞組的等值電阻;Q、P表示無功功率和有功功率。從公式可以看出,一次電壓和鐵損之間存在相關性,與電壓平方成正比。在配電變壓器運行過程中,變壓器的鐵損占總損耗的80%,在這種情況下,除了在允許范圍內偏移末端用戶電壓,還應適當調低配電網的供電電壓,以此降低空載帶來的損耗。同時,受磁路飽和的影響,一旦供電電壓高于額定值,將會導致無功功率極速增長,無功功率增長可達35%。

(三)無功補償。在輕載或空載運行過程中,配電變壓器的勵磁無功,從而產生無功負荷,10%～15%的額定容量是一般情況下配電變壓器無功功率的消耗占比。在變壓器的二次側,需利用集中的補償,安裝低電壓容器,并做好相關的補償處理。連接低壓電容器時,通過低壓開關,即可將低壓電容器與變壓器的低壓母線相連接,通過無功補償投切裝置加以保護,就可以按照空載和輕載的要求,控制電容器之中低壓母線無功負荷的投切。

四、配電變壓器經濟運行對策

(一)加強配電變壓器技術管理。注重變壓器損耗的降低,盡可能縮減配電變壓器的降壓次數;對于變比小于5的變壓器,在經濟運行條件允許的情況下,盡量采用高耦變壓器。與同容量兩圈線的變壓器相比,高耦變壓器無功和有功損耗明顯更低,隨著功率因數的提高,變壓器無功和有功消耗都會下降,因此不同功率因數導致的變壓器無功消耗和有功消耗之間存在較大差異。由此可知,不斷降低變壓器無功功率,盡量提高變壓器功率,可使變壓器繞組的電阻隨著溫度增大。在同一負載下,不同變壓器溫度會隨著損耗降低,因此應大量降低變壓器溫蒂,做好變壓器散熱[6]。

(二)不斷更新配電變壓器設備。一般情況下,配電變壓器使用壽命為15年,對于不同容量、不同型號的變壓器,生產廠家對其使用壽命的規定也不盡相同。不斷更新配電變壓器的目的不僅是為了消除有形磨損,更是為了消除看不見的無形磨損。隨著配電變壓器產品的更和進步,其技術落后情況得到了有效改善,新設備在提高配電變壓器運行效率、降低設備損耗方面作用顯著,加快更新配電變壓器有利于節約無功電量和有功電量。配電變壓器更新是指設備在有一定剩值、老化到一定程度后就可以更新,而不是損壞后再更新。相關電力企業應及時進行變壓器更新,并按照規定提取設備折舊費。

(三)強化配電變壓器維護保養工作。配電變壓器帶負荷運行后,電力企業應加強配電變壓器維護保養工作,對變壓器進行不定期巡視、維護、檢查,根據變壓器實際運行情況及相關規程要求,做好變壓器維修及維護保養工作。對于短期超負荷的變壓器,應及時解決這種不利工況,加快更新增容,避免配電變壓器長期超負荷運行。在日常維護保養工作中,應注重觀察三相電壓的偏差值,一旦發現異常情況,必須第一時間查明原因并合理解決。同時,還應觀察油位、油色是否發生明顯變化;檢查變壓器高低壓側套管有無裂紋、放電、閃絡等不良現象,及時清除變壓器外科雜物和油污;檢查變壓器接地是否良好,有無斷裂、脫焊、斷線等現象;安裝套管防污帽或采取其他防污措施。此外,不定期檢查配電變壓器接地引下線是否可靠、牢固,是否存在虛接或斷裂現象,并對接地電阻進行檢測。每年夏季來臨前,全面檢查高、低壓避雷器是否符合相關安全要求,不合格避雷器應及時更換[7]。在變壓器運行方式和供電方式方面,應限制低壓運行,減少供電半徑,低負荷運行時適當降低電壓,高負荷時適當提高電壓,采用無功補償提高功率因數。

(四)保證三相負荷平衡。存在較長時間的輕載運行或空載運行,是低壓配電網變壓器普遍存在的問題,且這種現象在全年時間內占據較大的比例。在此背景下,三相負荷平衡很難保持,一旦出現負荷分布不平衡,就到產生不平衡電壓和電流,進而增加變壓器功率的實際損耗。三相負荷不平衡最大化的現象,多出現在相同容量的負載進行供電的時候,這種情況導致有功功率損耗明顯高于平衡狀態下,有功損耗差異可達三倍之多。這就要求電力企業應加強對三相負荷平衡的控制,一旦三相負荷超出正常值,應第一時間采取處理措施,以此確保配電變壓器的經濟運行性[8]。

(五)選擇合理的變壓器運行方式。在符合實際用電需求增長的前提下,電力企業都會考慮對配電網進行適當改造,一般來說,配電器容量都存在備用,根據情況適時增加。但是,由于配電網受季節因素影響大,峰谷存在差異,按照供電系統特點,就必須從過負荷和輕符合兩個層面進行考量。如果是雙變壓器供電,一臺變壓器帶負荷,就能夠對低負荷進行調整;但在用電高峰,兩臺變壓器需同時運行。這種變壓器運行方式高效、合理,在有效降低有功功率損耗的同時,還能是變壓器負荷處于最佳范圍內,進而有利于電網整體的經濟運行[9]。

(六)提高配電網功率因數。自身功率因數偏低是低壓配電網運行過程中,出現大量電能損耗的根本原因,可直接影響配電變壓器的經濟運行性。變壓器在有功功率輸出一定的情況下,變壓器功率因數和輸出容量成反比,若功率因素提高,那么變壓器的需用容量也會隨之降低。想要切實提升變壓器的經濟運行性以及電網供電能力,必須適當提高配電網功率因數[10]。一般來說,通過安裝無功補償裝置,即可達到降低電能損耗,提高電網功率因數的根本目的。

結束語

配電變壓器的經濟運行及低耗節能至關重要。在配電變壓器運行環節,電力企業應將節能降耗、節電增效作為根本目標,合理利用一系列節能措施,切實提高配電變壓器的經濟運行性。通過本文研究可知,當前我國配電變壓器經濟運行性還存在很多問題和巨大發展潛力。通過選用節能型變壓器、加強配電變壓器技術管理、不斷更新配電變壓器設備等措施,雖然是配電變壓器負載率有所上升,但其仍處于高效的工作狀態,且電能損耗最大限度降低。在確保供電安全的前提下,加深對配電變壓器經濟運行性和節能降耗的研究,不僅能夠有效解決配電變壓器運行存在的實際問題,在提升供電企業精細化管理水平方面也有著十分重要的意義。