煤礦變壓器數(shù)量與負(fù)載系數(shù)的經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化研究

陳冬雪

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)煤峪口礦， 山西 大同 037003）

引言

為了確定用于地下配電站的變壓器的最優(yōu)數(shù)量和功率，采用了采礦用戶供電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和安全標(biāo)準(zhǔn)。在選擇變壓器的尺寸時，仍然需要考慮的一個問題是負(fù)載隨時間的演變，在這種情況下，必須考慮兩種折衷——靜態(tài)，如果負(fù)載是接近常數(shù)和妥協(xié)之間選擇一個更高的電力變壓器安裝容量恢復(fù)成本較低；從動態(tài)的角度來看，考慮到隨著時間的推移負(fù)載的增加。在這種情況下，變壓器的功率步驟正常化的問題也就出現(xiàn)了，因為它使用許多不同類型的設(shè)備，無論是生產(chǎn)成本和維護(hù)成本對一定數(shù)量的每種類型的設(shè)備[1-3]。最后，必須提到一些技術(shù)性質(zhì)的限制，建立變壓器的最佳運(yùn)行模式并不是一個簡單的問題。

1 基于經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則的礦用變壓器最優(yōu)功率的確定

為了確定最優(yōu)功率變壓器，即初始值的設(shè)置為第一年操作的加載在一年一度的負(fù)載高峰，可以使用下面的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，即最小總費(fèi)用（CTA），其中考慮了變壓器的成本和電力與能源的損失。在變壓器的情況下，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行期的定義是，在其最大負(fù)載水平增加到初始值的1.6 倍之前的幾年，自安裝以來的第一年被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)最優(yōu)的。

1.1 案例研究1

根據(jù)分析，確定了TT-AN 6/0.4 kV 系列變壓器的經(jīng)濟(jì)功率（SMI）和最優(yōu)負(fù)載系數(shù)kβ（kβ=0.66、kβ=0.75。仿真得到的結(jié)果以及分析的變壓器參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)如表1 所示。表1 中：SNt為安裝在變壓器或配電站的變壓器的視在標(biāo)稱功率；U1為變壓器工作電壓；U2為變壓器待機(jī)電壓；ΔP0為變壓器鐵塊的有功功率損耗（閑置運(yùn)行時的功率損耗）；ΔPk為短路運(yùn)行時的額定功率損耗（額定負(fù)載下運(yùn)行時的功率損耗）；CT為變壓器成本；SMI為變壓器運(yùn)行一年的最大視在功率；K 為特定的比例因子；Tm為變壓器一年的運(yùn)行時間。圖1 繪制使用Matlab-Simulink 軟件包TT-250系列變壓器，400 kVA 和500 kVA 轉(zhuǎn)換比6/0.4 kV，考慮負(fù)載峰值的年增長率r。

圖1 根據(jù)CTA 和CPW 標(biāo)準(zhǔn)確定的當(dāng)前系列TT-AN 型變壓器的6/0.4 kV 年負(fù)載峰值的經(jīng)濟(jì)負(fù)載

表1 TT-AN 6/0.4 kV 變壓器參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果

變壓器的經(jīng)濟(jì)功率實(shí)際上是在運(yùn)行期間，當(dāng)通過變壓器時，產(chǎn)生最小功率損耗的一個恒定功率的最大值。對于配電變壓器和電力變壓器，連續(xù)運(yùn)行和最頻繁的負(fù)載條件下，這一點(diǎn)特別重要。隨著比損成本（CW）的增加，年度負(fù)載峰值的最優(yōu)負(fù)載系數(shù)隨年度最大負(fù)載使用時間的變化而減小或增大。

1.2 案例研究2

對不同千瓦小時損失成本CW值和當(dāng)前系列TT-AN 6/0.69 kV 防爆礦用電力變壓器參數(shù)下的初始經(jīng)濟(jì)負(fù)載值計算。仿真得到的結(jié)果以及分析的變壓器參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)如表2 所示。圖2 不考慮負(fù)載峰值的年增長率r。快速評估不同報價變壓器損耗的一種簡化方法涉及以下假設(shè)：變壓器在部分負(fù)載下運(yùn)行，但這個部分負(fù)載是恒定的；不考慮額外費(fèi)用和通貨膨脹因素；需求費(fèi)用是基于100%負(fù)載。

2 結(jié)果分析

圖1 存在最優(yōu)負(fù)載因素的初始值（k1s，k1i）系列的TT-6/0.4 kV 變壓器和最后的最大負(fù)載值，建議立即替換為一個更高的額定功率，計算與CTA 方法和數(shù)據(jù)的方法。從圖2 可以看出，在最小的功率和最小能量損失（CPW）的假設(shè)下，負(fù)載因子的初始值比總更新費(fèi)用的最小假設(shè)值低25%左右。最優(yōu)負(fù)載系數(shù)分別以當(dāng)前千瓦時電損成本為基礎(chǔ)計算，CW=0.42 元/kWh。

TT-AN 變壓器的最初初始和最終的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)每年負(fù)載峰值，忽略負(fù)載的增長率。6/0.69 kV TT-AN 變壓器參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)如表2 所示。對于6/0.69 kV 的TT-AN 礦用變壓器，500 kVA 導(dǎo)致的損失率ΔP0/ΔPk=1.02，因為鐵損耗高于銅損耗。當(dāng)填充系數(shù)為0.35 和0.6 時，經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)值分別為87.46%和96.25%。在這種情況下，它將不會在這樣的負(fù)載下運(yùn)行，因為在充電峰值超過變壓器功率時，Smax=2.5SnT是非常危險的。同時，在運(yùn)行中也會觀察到變壓器將在一個下限負(fù)載下運(yùn)行。當(dāng)變壓器按計算的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)kr=1.2～1.5 運(yùn)行時，能量損失較大。具體增加值見圖2。

圖2 根據(jù)CTA 和CPW 標(biāo)準(zhǔn)確定的當(dāng)前系列TT-AN 型變壓器的6/0.69 kV 年負(fù)載峰值經(jīng)濟(jì)負(fù)載

表2 TT-AN 6/0.69 kV 變壓器參數(shù)的輸入數(shù)據(jù)和仿真結(jié)果

3 結(jié)語

用經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)則確定變壓器的最優(yōu)數(shù)量和功率是指在一個統(tǒng)一的基礎(chǔ)上設(shè)計的一系列變壓器的所有額定功率步長。變壓器充電容量的優(yōu)化利用，可以降低功率、節(jié)約用電。在分析和評價變壓器的最佳運(yùn)行時，最優(yōu)的解決方案是使用最接近SNTmax 計算得出的理論值的額定功率的變壓器。仿真結(jié)果表明，由于礦用變壓器的損失率較高，其負(fù)載系數(shù)和最優(yōu)功率值均高于地表因素。