配變多容量智能控制

陸燕峰 陸岳平 顧躍華

（海鹽縣供電局，浙江 海鹽 314300）

配電變壓器作為電網(wǎng)中最后一級(jí)降壓設(shè)備，擔(dān)負(fù)著向終端客戶提供電力的任務(wù)。海鹽局在配變節(jié)能化上做了大量的工作，并不斷在配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究方面作出探索，針對(duì)海鹽地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)、城鎮(zhèn)小區(qū)等配變負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，峰谷差大，全年輕載和空載運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，配變空載損耗較大等問題，在海鹽地區(qū)進(jìn)行配變多容量智能控制試點(diǎn)。（注：配變多容量智能控制，即兩臺(tái)配變組成多容量配變臺(tái)區(qū)，實(shí)現(xiàn)配變多容量配置、自動(dòng)切換、遠(yuǎn)方、就地的投切功能及配網(wǎng)自動(dòng)化功能。）

1 海鹽地區(qū)配變運(yùn)行情況及影響節(jié)能的主要因素

1.1 海鹽地區(qū)配變運(yùn)行情況

海鹽縣供電局所轄供區(qū)面積為土地面積48km2，其中縣城武原鎮(zhèn)建成城區(qū)區(qū)面積9.5 km2，其所轄配網(wǎng)為典型的農(nóng)村配電網(wǎng)。據(jù)國(guó)內(nèi)研究表明，農(nóng)村配網(wǎng)中配電變壓器的損耗占農(nóng)村配電網(wǎng)損的30%以上。海鹽地區(qū)農(nóng)村電網(wǎng)配變負(fù)荷季節(jié)性很強(qiáng)，峰谷差大，負(fù)載率低，全年輕載和空載運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，配變空載損耗較大。

海鹽局在配變節(jié)能化上已投入了大量的人力財(cái)力，至2011年已淘汰了S9以下高損耗配變。另一方面，不斷在配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行研究方面作出探索，除了增加配變臺(tái)區(qū)布點(diǎn)減小大負(fù)荷率配變負(fù)載損耗外，在負(fù)荷波動(dòng)較大的區(qū)域開始試點(diǎn)由兩臺(tái)配變組成多容量配變臺(tái)區(qū)的多容量切換運(yùn)行方式。

1.2 影響配變節(jié)能的主要因素

1）變壓器的性能特性

變壓器自身的性能，即變壓器的阻抗電壓、空載損耗、負(fù)載損耗、空載電流等技術(shù)參數(shù)，根據(jù)不同的生產(chǎn)系列會(huì)產(chǎn)生不同的變化。例如，S9系列和S7系列比較，S9系列的空載損耗平均降低8%，負(fù)載損耗平均降低25%，節(jié)能效果明顯。因此，選用性能較好的產(chǎn)品對(duì)配變節(jié)能有明顯的作用。

2）變壓器容量的選擇

對(duì)于配電網(wǎng)中的變壓器容量一般按 3～5年的負(fù)荷規(guī)劃選擇，同時(shí)考慮變壓器正常運(yùn)行允許的過負(fù)荷能力。對(duì)于農(nóng)村臺(tái)區(qū)或城鎮(zhèn)小區(qū)，變壓器容量的選擇至關(guān)重要，選擇過大，則導(dǎo)致變壓器容量閑置，損耗增大，資源浪費(fèi)；選擇過小，則會(huì)引起設(shè)備過負(fù)荷運(yùn)行甚至損壞的后果。因此，變壓器容量的選擇，對(duì)于配變節(jié)能起到關(guān)鍵性的作用。

3）配網(wǎng)自動(dòng)化等技術(shù)的影響

配網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)可以通過監(jiān)測(cè)配變臺(tái)區(qū)的有功功率、無(wú)功功率，功率因數(shù)，零序電流及三相不平衡電流等監(jiān)視配電網(wǎng)配變臺(tái)區(qū)的運(yùn)行工況，對(duì)于防止配變過負(fù)荷、提高電能質(zhì)量、了解故障信息、優(yōu)化配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)起到一定的作用。因此，配網(wǎng)自動(dòng)化等技術(shù)對(duì)配變節(jié)能起到一定的指導(dǎo)作用。

2 海鹽局配變多容量智能控制的項(xiàng)目實(shí)施

2.1 配變多容量智能控制的方案選擇

立足于海鹽電網(wǎng)現(xiàn)狀及現(xiàn)有配變接線模式，采用盡可能簡(jiǎn)化的配變高低壓接線方式達(dá)到配變多容量智能控制的要求，在海鹽地區(qū)城鎮(zhèn)小區(qū)實(shí)行組合箱式變電站方案，如圖1所示；在新農(nóng)村集聚地實(shí)行桿架式配變方案，如圖2所示。

圖1 組合箱式變電站一次方案圖

圖2 桿架式配變一次方案圖

2.2 配變多容量智能控制的設(shè)備選擇

1）高壓側(cè)。①組合箱式變電站方案采用兩回進(jìn)線的單母線接線，進(jìn)線配置負(fù)荷開關(guān)，配變高壓側(cè)配置負(fù)荷開關(guān)+熔斷器組合；②桿架式配變方案采用一回進(jìn)線的單母線接線，進(jìn)線不設(shè)分?jǐn)嘣O(shè)備，母變高壓側(cè)配置跌落式熔斷器，子變配置真空斷路器或斷路器-隔離開關(guān)組合電器。

2）配變。兩臺(tái)配變采用性能優(yōu)越、同接線組別、同變比、同阻抗電壓百分比（生產(chǎn)技術(shù)參數(shù)要求相同，實(shí)際誤差極小）、同調(diào)壓范圍的配變，配變?nèi)萘堪醇?jí)差配置。

3）低壓設(shè)備。采用兩回電源進(jìn)線的單母線接線，電源進(jìn)線設(shè)置隔離開關(guān)及斷路器，配變低壓側(cè)主斷路器帶電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)；根據(jù)負(fù)荷特性，配變低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償采用智能化干式無(wú)功補(bǔ)償裝置。

4）配變多容量智能控制裝置（SAS3106）。可實(shí)現(xiàn)配變多容量臺(tái)區(qū)的“母變運(yùn)行、子變運(yùn)行、子母變并列運(yùn)行”各種運(yùn)行方式的自動(dòng)控制。

5）直流電源。采用220V交流輸入，輸出電壓為直流 24V；設(shè)置免維護(hù)蓄電池 12V×2節(jié)，容量20AH。

6）現(xiàn)場(chǎng)通信設(shè)置。多容量變電站使用海鹽局配網(wǎng)自動(dòng)化通信用EPON光網(wǎng)絡(luò)與上級(jí)主站建立通信鏈路。

2.3 配變多容量智能控制的功能

1）通過控制裝置（SAS3106）實(shí)現(xiàn)配變多容量臺(tái)區(qū)的智能控制

SAS3106裝置的硬件采用雙CPU架構(gòu)，并綜合應(yīng)用高速雙口 RAM、FPGA、CSOC（Configurable System-On-Chip）、現(xiàn)場(chǎng)總線和網(wǎng)絡(luò)通訊等先進(jìn)技術(shù)，精確測(cè)量?jī)膳_(tái)配變低壓側(cè)電壓、電流，實(shí)時(shí)計(jì)算有功、無(wú)功、功率因數(shù)、配變溫度等信息，可實(shí)現(xiàn)架空線路桿架式配變和電纜線路組合式配變“母子”智能化臺(tái)區(qū)“母變運(yùn)行、子變運(yùn)行、子母變并列運(yùn)行”各種運(yùn)行方式的自動(dòng)控制。并同時(shí)具有遙測(cè)、遙信、遙控功能。

2）通過設(shè)備配置和配網(wǎng)自動(dòng)化進(jìn)一步保障配變多容量臺(tái)區(qū)的智能控制

高低壓側(cè)開關(guān)操作回路都具有遠(yuǎn)方/就地切換功能，就地設(shè)分合閘按鈕，并且配置高壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)未儲(chǔ)能閉鎖、高低壓開關(guān)合閘閉鎖等功能，加強(qiáng)配變多容量臺(tái)區(qū)智能控制的安全性；同時(shí)，配變智能控制（測(cè)控）終端通過配網(wǎng)光纖物理網(wǎng)絡(luò)接入海鹽局配網(wǎng)自動(dòng)化主站，實(shí)現(xiàn)三遙功能。通過去臺(tái)區(qū)的全程監(jiān)控，為臺(tái)區(qū)的配變多容量臺(tái)區(qū)智能控制提供了堅(jiān)強(qiáng)的后盾保障。

2.4 配變?nèi)萘壳袚Q的條件整定

容量不同，短路電壓相接近的變壓器并列經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式。變壓器容量不同，短路電壓同時(shí)，在變壓器并列運(yùn)行時(shí)，其間負(fù)載是按容量成比例進(jìn)行分配的。但考慮項(xiàng)目未來(lái)的推廣應(yīng)用，有必要考慮母、子變?cè)诜喜⒘羞\(yùn)行條件的同時(shí)，存在一定的阻抗電壓差值，因此在考慮切換條件時(shí)，加入了阻抗電壓不同帶來(lái)的變壓器并列運(yùn)行時(shí)的負(fù)載率分配。計(jì)算過程如下。

子變運(yùn)行時(shí)的損耗：

母變運(yùn)行時(shí)的損耗：

母變運(yùn)行與母子變并列運(yùn)行的損耗

兩臺(tái)不同變壓器間負(fù)荷分配系數(shù)：

并列運(yùn)行配變綜合損耗：

將 Δ PZZ= F( S )， ΔPZM= F( S )， ΔPZMZ=F( S )的綜合功率損耗曲線畫在統(tǒng)一二維坐標(biāo)系上，得到圖3。

圖3 配變綜合功率損耗曲線

令△PZM＝△PZZ時(shí)，式（1）、式（2）聯(lián)系求解可得出子變運(yùn)行切換至母變運(yùn)行的綜合功率損耗臨界值。

令△PZM＝△PZMZ時(shí)，式（2）、式（3）聯(lián)系求解可得出母變運(yùn)行切換至子母變運(yùn)行的綜合功率損耗臨界值。

在項(xiàng)目實(shí)際整定中，運(yùn)行整定人員根據(jù)海鹽地區(qū)配變運(yùn)行的規(guī)律，加入了不同的延遲時(shí)間，避免配變負(fù)荷在臨界值附近波動(dòng)造成的裝置頻繁動(dòng)作，延長(zhǎng)裝置及電氣設(shè)備使用壽命。

3 結(jié)論

海鹽縣供電局已試點(diǎn)一臺(tái)組合式多容量配變臺(tái)區(qū)以及一臺(tái)桿架式多容量配變臺(tái)區(qū)，經(jīng)一年多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，各種功能均通過監(jiān)測(cè)驗(yàn)收，運(yùn)行情況良好。兩種類型配變?cè)O(shè)置對(duì)于農(nóng)村電網(wǎng)居民用電及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等負(fù)荷有很強(qiáng)季節(jié)性及負(fù)荷周期性波動(dòng)較大的場(chǎng)所尤為適合，節(jié)能效果明顯。同時(shí)多容量配變臺(tái)區(qū)作為對(duì)降損節(jié)能新方向的一種探索，在農(nóng)村配電網(wǎng)推廣有較大的意義。

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