變電站變壓器容量選擇及經濟運行

摘 要：在變電站的建設中，變壓器經濟運行的狀況對城市電力系統運作的安全性和可靠性有著重要的影響。因此，本文通過對變壓器容量選擇及變電站供電負荷的簡要介紹，重點針對變電站中變壓器經濟運行的條件及要求進行分析。供業界人士參考與借鑒。

關鍵詞：變電站；變壓器；容量選擇；經濟運行

中圖分類號： TM41 文獻標識碼：A

隨著城市化進程的不斷加快和人民生活水平的不斷提高，電力系統為滿足社會用電量及供電安全可靠性的要求，在變電站建設中，首要考慮的問題是根據變電站的供電負荷來選擇變壓器的容量及變壓器的經濟運行。如果變壓器容量選擇相當，不僅可以節約建設中的一次性投資，而且有利于變壓器的安全經濟運行，減少運行和維護的費用。因此，通過對變壓器的選擇及經濟運行相關情況的研究，對城市電力系統的供電安全可靠性具有重要的意義。

1選擇變壓器容量的原則

1.1變電站變壓器的額定容量應要滿足全部用電設備總負荷的需要，從而能夠在投入后常年經濟運行，避免變壓器長期處于過負荷狀態運行。

1.2對一般負荷的變電站，變電站一般裝設兩臺以上變壓器，保證供電運行方式靈活，提高供電可靠性。

1.3變壓器容量選擇要因地制宜，既要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資的節約，又要考慮國家降損節能政策和變壓器長期運行中的功率損耗，對新上的變壓器應優先選用損耗參數良好、節電效果大、經濟效益好、投資收回期短的新型變壓器，符合國家相關能效標準。

1.4為滿足供電N-1的可靠性準則，變壓器容量的選擇除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態下，減少供電引起的經濟損失和對社會的影響；對變電站密集區，由于變電站之間存在聯絡供電線路。

2變壓器經濟運行的條件和要求

2.1變電站內的變壓器要合理配置

新建變電站分期建設，要結合最終規模和負荷增長情況確定一期變壓器的容量。變壓器的負載率應接近最佳經濟運行區域，一般在75%以下為最佳，若短期內不進行擴建，變壓器不宜滿負荷運行。選用變壓器的技術參數，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負載損耗基本相同時，盡量選用空載損耗小的變壓器，負載損耗滿足國標《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》。

2.2 變壓器經濟運行應在優選運行段運行

單臺變壓器經濟運行區平均負載系數，β的上限為1，下限為Pk/Po，（其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負載損耗）；經濟運行區優選運行段的平均負載系數，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。現在，變壓器制造技術水平的不斷提高，變壓器的效率較高，變壓器的空載損耗大幅度降低，變壓器的最佳經濟運行負載系數也在降低。

2.3 變壓器經濟運行方式

變壓器經濟運行方式有多種，應根據不同運行條件采用相應的經濟運行方式。

（1）并列運行的雙（三）繞組變壓器時，根據負載特性曲線比較兩條負載特性曲線確定組合（含單臺）變壓器經濟運行方式。當負載特性曲線無交點時，選用綜合功率空載損耗較小的變壓器運行。

（2）分列運行的雙繞組變壓器時，在總供電負載不變的情況下，對二次側有聯絡線的應對共用一臺或兩臺分列運行方式進行比較選擇。

2.4 變壓器經濟運行要進行負載經濟調整

（1）雙（三）繞組變壓器分列運行時，應合理分配變壓器間負載，使變壓器總功率損耗最小。對于單獨運行的三繞組變壓器，應通過變壓器二次側和三次側繞組負載的合理分配，使變壓器總的綜合功率損耗最小。變壓器綜合功率的負載經濟分配系數可通過計算公式計算。

（2）負載經濟調整的方法手段。在總用電量不變的情況下，為降低綜合功率損耗率，應采用調整變壓器負荷率、調整變壓器相間不平衡負載和削峰填谷等技術措施。

建立在安全可靠供電的前提條件下，在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合損耗率小的變壓器投入運行，要按上述負載經濟調整的方法手段進行調整負載。對負載集中地區，供電可靠性要求較高的用戶，備用變壓器應有可靠的自動投入裝置相配套，當運行變壓器故障不能運行時應自動投入運行，確保不中斷正常供電。當并列運行的變壓器中有一臺損壞或需要檢修時，要迅速將之從電網中切除，不影響其它變壓器正常運行，減少了故障和檢修時的停電范圍和次數。

3變壓器容量選擇的應用

35kV某變電站，原有兩臺4000kVA主變壓器，主要負荷是鄉鎮工業與居民生活用電等。一般正常負荷達2500kVA，最高可達4000kVA，變電站原有兩臺變壓器并列運行時可以滿足其用電需要。今年又要新增1200kVA負荷，該變電站原有變壓器的容量只能長期并列運行才能滿足需要，因此必須增加變電站變壓器的容量。變電站主變增容改造時，方案一：在原有兩臺主變的情況下再增加1臺4000kVA變壓器，隨負荷變化并列或停運1～2臺變壓器；方案二：將其中一臺4000kVA主變壓器換成一臺6300kVA變壓器。現按GB/T13462-2008《電力變壓器經濟運行》的要求對兩種方案分別進行論證比較分析。新增及原運行變壓器損耗參數如表1。

表1 新擴建及原運行變壓器損耗參數比較表

表中*的數據為參照GB/T6451《三相油浸電力變壓器技術參數和要求》給出的標準數據。

3.1變電站變壓器增容方案一：擴建新間隔，增加一臺4000kVA的主變，最大負載5200kW時進行運行分析論證。

（1）當原兩臺變壓器并列運行，變壓器的負載系數（假定變壓器并列運行時的負載平衡）

β=S/Sn=5200kVA/8000kVA=65%。

兩臺變壓器并列運行時的有功損耗分別為

⊿P1=P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=16.89kW。

⊿P2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=16.86kW。

總損耗功

⊿P=⊿P1+⊿P2=33.75kW，同時也可得出乙變（2#）的損耗特性優于甲變（1#）。

（2）若增加第三臺變壓器，則變壓器的負載系數

β=S/Sn=5200kVA/12000kVA=43.3%。

三臺變壓器并列運行時的有功損耗分別為

ΔP1=P01+β2PK1=4.56kW+β229.19kW=10.03kW。

ΔP2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=9.94kW。

ΔP3=P03+β2PK3=5.15kW+β232kW=11.15kW。

總損耗功

ΔP=ΔP1+ΔP2+ΔP3=31.12kW。三臺變壓器運行較原兩臺運行每年節約電能：

A1=TΔP=8760h×（33.75-31.12）kW=23039kW·h。

3.2變電站變壓器增容方案二：若更換其中一臺4000kVA變壓器為一臺6300kVA變壓器，最大負載為5200kW時運行分析論證。

（1）若單臺SZ9-6300/35的變壓器運行時：其負載系數

β=S/Sn=5200kVA/6300kVA=82.54%

變壓器的有功損耗

ΔP1=P0+β2PK=7.3kW+β241kW=101.69kW

（2）若兩臺變壓器并列運行時：

其負載系數

β=S/Sn=5200kVA/10300kVA=50.5%。

由上述分析可知，乙變（2#）的損耗特性優于甲變（1#），故選擇用6300kVA變壓器替換甲變（#1）。

兩臺變壓器的有功損耗分別為

ΔP1=P01+β2PK1=7.3kW+β241kW=17.75kW

ΔP2=P02+β2PK2=4.42kW+β229.44kW=11.93kW

總功率損耗

ΔP=⊿P1+ΔP2=29.68kW

該方案兩臺變壓器運行較原兩臺運行每年節約電能為

A2=T×ΔP=8760h×（33.75-29.68）kW=35653.2kW·h

3.3由以上兩方案分析可知：

（1）方案二中單臺SZ9-6300/35的變壓器運行時的功率損耗高于兩臺變壓器并列運行時的損耗，故盡量采用兩臺主變并列運行比較經濟；并列運行時，方案二比方案一每年節約電能為：A=A2-A1=12614kW·h，節約電能產生的經濟效益十分可觀。

（2）從投資上看，1臺6300kVA變壓器大約需35萬元，比購1臺4000kVA變壓器多花15萬元。但反之又節省了1臺4000kVA變壓器約20萬元，加之省去一次架構、二次保護、熔斷器、隔離開關、斷路器等約30萬元，方案二總投資比方案一少35萬元，用這筆差價資金是完全可以解決6300kVA變壓器的一次開關保護和二次保護及互感器、斷路器的更換問題。這樣，采用方案二不僅降低了變壓器的電能損耗，也大大提高了變壓器的保護水平，而且還節省了大量的投資。

結語

綜上所述，變壓器容量的合理選擇是變電站建設運行中非常重要的環節。變壓器的經濟運行的狀況對城市電力系統供電的安全可靠性起著有著重要作用。因此，我們必須根據國家相關的正常規章制度進行建設，綜合變電站供電區內的各種情況，加強對變壓器經濟運行過程中各環節的監控，從而更好地發揮出變壓器節能的功能，為社會提供一個安全可靠的用電環境。

參考文獻

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