關(guān)于配電變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的分析與解決措施

保定供電公司 平 凡 陳 光

1.配電變壓器過(guò)負(fù)荷概況

保定供電公司配網(wǎng)變壓器共計(jì)2299臺(tái)，在負(fù)荷高峰期間，其中重載配電變壓器334臺(tái)，輕載配電變壓器1378臺(tái)。在334臺(tái)重載配電變壓器中有71臺(tái)配電變壓器存在過(guò)負(fù)荷運(yùn)行現(xiàn)象，平均負(fù)載率達(dá)到130%。最高負(fù)載率達(dá)到了160%，變壓器嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，容易造成變壓器燒損，對(duì)配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成很大的威脅。

2.配電變壓器過(guò)負(fù)荷原因分析

有關(guān)規(guī)程和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，變壓器繞組絕緣老化速度與溫度有關(guān)，一般油浸式變壓器繞組用的電纜紙適用溫度為80～140攝氏度，溫度增加6攝氏度，其老化速度增加1倍。為避免配電變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行燒損，我們可以采取安裝配電變壓器冷卻器的辦法降低變壓器溫度。配電變壓器的冷卻系統(tǒng)共6組冷卻器，每組冷卻器根據(jù)變壓器的溫度和負(fù)荷變化自動(dòng)投入和切除，投入冷卻器的組數(shù)取決于變壓器的溫度和負(fù)荷。當(dāng)任意運(yùn)行的變壓器冷卻器故障或變壓器溫度達(dá)到設(shè)定值，備用冷卻器自動(dòng)投入運(yùn)行。備用冷卻器應(yīng)定時(shí)輪換，使得每臺(tái)冷卻器的利用率達(dá)到最優(yōu)。此種措施降低了配電變壓器繞組溫度，減緩了其老化速度。使配電變壓器因過(guò)負(fù)荷運(yùn)行燒損的幾率大大降低。而我們知道，造成變壓器繞組溫升的最根本因素是變壓器的負(fù)載率過(guò)高。只有降低變壓器負(fù)載率，才能降低變壓器運(yùn)行溫度。我們可以采取在配電變壓器下裝設(shè)低壓配電箱，將低壓負(fù)荷類型進(jìn)行分析，在低壓配電箱將低壓負(fù)荷分為2路進(jìn)行供電。1路為重要負(fù)荷，1路為普通負(fù)荷。當(dāng)變壓器負(fù)載率達(dá)到設(shè)定上限時(shí)，普通負(fù)荷自動(dòng)切斷。保障了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，及重要負(fù)荷的正常供電。但是也影響了供電可靠性。

由此可見(jiàn)，以上措施只能在短時(shí)間內(nèi)保障變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行，如要從根本上解決配電變壓器過(guò)負(fù)荷問(wèn)題，只有采取增容增點(diǎn)的改造方案。

針對(duì)保定供電公司的配電變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行情況，我們進(jìn)行了技術(shù)上的分析。發(fā)現(xiàn)保定供電公司71臺(tái)配電變壓器有67臺(tái)為農(nóng)網(wǎng)變壓器，所占比例為94%。這67臺(tái)農(nóng)網(wǎng)變壓器均為農(nóng)村灌溉澆地用農(nóng)網(wǎng)變壓器，此種變壓器負(fù)荷特點(diǎn)是在農(nóng)村集中灌溉澆地時(shí)期，變壓器負(fù)載率較大，變壓器處在重載運(yùn)行狀態(tài)，特別在春季澆灌季節(jié)，變壓器甚至出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，個(gè)別負(fù)載率甚至達(dá)到140%左右。變壓器嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷運(yùn)行容易造成故障，影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。但在灌溉澆地期間以外時(shí)間，變壓器處于輕載狀態(tài)，負(fù)載率降到了20%以下，甚至個(gè)別變壓器處于幾乎空載運(yùn)行狀態(tài)。出現(xiàn)了“大馬拉小車”的情況。針對(duì)此類變壓器過(guò)負(fù)荷情況，如果單純實(shí)施增容增點(diǎn)改造方案，確實(shí)能夠解決變壓器過(guò)負(fù)荷問(wèn)題，但是除灌溉澆地以外的大部分時(shí)間變壓器處于輕載甚至空載運(yùn)行狀態(tài)。空載損耗增加，配電變壓器的效率降低。造成了資源上的浪費(fèi)。

3.配電變壓器過(guò)負(fù)荷治理措施

結(jié)合以上技術(shù)分析結(jié)果，我們對(duì)保定供電公司配電變壓器時(shí)段性負(fù)荷增長(zhǎng)的現(xiàn)狀，進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的整改措施。

3.1 兩臺(tái)配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行

配電變壓器實(shí)施并聯(lián)運(yùn)行條件是：額定電壓比相等；聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)相同，且相序相同；阻抗電壓接近相等；變壓器的容量比不大于3:1。實(shí)施配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行的優(yōu)點(diǎn)是可充分利用變壓器的容量，在用電負(fù)荷較小、低于其中一臺(tái)的容量時(shí)，停用其中一臺(tái)。這樣就提高了變壓器的效率，保證了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。例如：原400KVA配電變壓器，在負(fù)荷高峰期間有功可達(dá)420KW，負(fù)載率105%。在負(fù)荷低谷期間有功為70KW，負(fù)載率僅為17.5%。現(xiàn)改為一臺(tái)200KVA與一臺(tái)315KVA變壓器并聯(lián)運(yùn)行，在負(fù)荷高峰期間兩臺(tái)配電變壓器同時(shí)運(yùn)行，在原有功不變的情況下，負(fù)載率為81.5%，保證了配網(wǎng)臺(tái)區(qū)安全穩(wěn)定運(yùn)行。在負(fù)荷低谷期間只運(yùn)行一臺(tái)200KVA配電變壓器，315KVA配電變壓器停運(yùn)，在原有功不變的情況下，負(fù)載率為35%，減少了配電變壓器的空載損耗，提高了配電變壓器的效率。

以S9-200型變壓器為例：原運(yùn)行1臺(tái)S9-200變壓器，變壓器市場(chǎng)價(jià)值21000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)43000元。經(jīng)統(tǒng)計(jì)全年變壓器運(yùn)行時(shí)間約為8640h，重載運(yùn)行時(shí)間大約為1392h。那么變壓器全年損耗通過(guò)計(jì)算得出E=10659.6KW·h。現(xiàn)改為2臺(tái)配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行，1臺(tái)為S9-100，1臺(tái)為S9-100。市場(chǎng)價(jià)值28000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)72000元。在負(fù)荷低谷期間只運(yùn)行一臺(tái)S9-100變壓器，就可以滿足負(fù)荷需求，其全年損耗為

E′=E1+1392/8640*E2=5760.96+928.15=6 689.11KW·h

注：E1為不停運(yùn)變壓器全年損耗，E2為時(shí)段性停運(yùn)變壓器全年損耗。

全年節(jié)約電能損耗為：

ΔE=E-E′=10659.6-6689.11=3970.49KW·h

按照1度電0.52元，實(shí)施兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行一年可以節(jié)省電能損耗費(fèi)用2064.65元。資金投入比單臺(tái)變壓器運(yùn)行多出29000元，由此可見(jiàn)，兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行得需要14年的時(shí)間，才能收回多出的投資成本。此種改造措施存在的問(wèn)題是：占地面積增加一倍，特別是市區(qū)中心地帶，實(shí)施配電變壓器并聯(lián)運(yùn)行，占地問(wèn)題難度較大。且一次性投入資金較大。后期收回投資成本時(shí)間較長(zhǎng)。目前，兩臺(tái)變壓器并聯(lián)運(yùn)行自動(dòng)判斷投切設(shè)備技術(shù)還未成熟，還需人工進(jìn)行根據(jù)負(fù)荷情況進(jìn)行手動(dòng)投切，操作頻繁，造成人力資源浪費(fèi)。

3.2 增容更換為非晶合金變壓器

將時(shí)段性過(guò)負(fù)荷變壓器增容更換為非晶合金型變壓器。非晶合金變壓器是用新型導(dǎo)磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗（指變壓器次級(jí)開(kāi)路時(shí)，在初級(jí)測(cè)得的功率損耗）下降80%左右，空載電流(變壓器次級(jí)開(kāi)路時(shí)，初級(jí)仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流)下降約85%，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器。

以S9-200變壓器為例，原運(yùn)行1臺(tái)S9-200變壓器，變壓器市場(chǎng)價(jià)值21000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)43000元。現(xiàn)更換為非晶合金SBH15-200變壓器，變壓器市場(chǎng)價(jià)值33000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)55000元。經(jīng)統(tǒng)計(jì)全年變壓器運(yùn)行時(shí)間約為8640h，重載運(yùn)行時(shí)間大約為1392h。原S9-200變壓器全年損耗為E=10659.6KW·h。SBH15-200變壓器全年損耗為E′=6971.4KW·h.

全年節(jié)約電能損耗為：

ΔE=E-E′=3688.2KW·h.

按每度電0.52元計(jì)算，使用非晶合金變壓器每年可節(jié)省電能損耗費(fèi)用1917.86元。資金投入比原S9型變壓器多出12000元，非晶合金變壓器只需運(yùn)行6年以上，就能夠收回多出的投資成本。此種措施不受占地面積限制，一次性投入資金較少，后期收回投資成本時(shí)間相對(duì)較短。

3.3 增容更換為自動(dòng)調(diào)容變壓器

自動(dòng)調(diào)容變壓器是一種新技術(shù)節(jié)能型配電變壓器，能夠根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)節(jié)容量，其工作原理是：在大容量時(shí)，高壓繞組接成三角形接線方式，低壓繞組并聯(lián)結(jié)構(gòu)。在小容量時(shí)，高壓繞組接成星形接線方式，低壓繞組串聯(lián)結(jié)構(gòu)。使變壓器在負(fù)荷低谷期間自動(dòng)運(yùn)行在小容量檔位，輕載時(shí)其空載損耗大大降低，小容量空載損耗僅為大容量時(shí)的1/3，節(jié)能效果顯著。它解決了配電臺(tái)區(qū)時(shí)段性負(fù)荷變化幅度很大而造成變壓器空載損耗大的問(wèn)題，克服了無(wú)載調(diào)容變壓器斷電手動(dòng)調(diào)容導(dǎo)致的運(yùn)行維護(hù)難題。

以S9-200變壓器為例，原運(yùn)行1臺(tái)S9-200變壓器，變壓器市場(chǎng)價(jià)值21000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)43000元。現(xiàn)更換為新型自動(dòng)調(diào)容SZ11-T-200型變壓器，市場(chǎng)價(jià)值63000元，加上臺(tái)架材料及安裝費(fèi)用共計(jì)85000元。經(jīng)統(tǒng)計(jì)全年變壓器運(yùn)行時(shí)間約為8640h，重載運(yùn)行時(shí)間大約為1392h。經(jīng)計(jì)算原S9-200變壓器全年損耗為E=10659.6KW·h。自動(dòng)調(diào)容SZ11-T-200變壓器負(fù)荷高峰期間（1392h）在大容量檔位（200KVA）運(yùn)行，負(fù)荷低谷期間在小容量檔位運(yùn)行（63KVA）運(yùn)行，經(jīng)計(jì)算可得S11-T-200變壓器全年損耗為：

E′=4317.6KW·h.

全年節(jié)約電能損耗為：

ΔE=E-E′=6342KW·h.

按每度電0.52元計(jì)算，使用S11-T-200變壓器每年可節(jié)省電能損耗費(fèi)用3297.84元。資金投入比原S9型變壓器多出42000元，S11-T-200變壓器需運(yùn)行12.7年才能夠收回多出的投資成本。此種措施不受占地面積限制，但一次性投入資金較大，后期收回投資成本時(shí)間仍較長(zhǎng)。且按照自動(dòng)調(diào)容變壓器的工作原理，變壓器在自動(dòng)轉(zhuǎn)換容量時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓波動(dòng)，雖然持續(xù)時(shí)間較短（2ms），但是否會(huì)對(duì)低壓用戶供電質(zhì)量造成影響尚未明確。

4.結(jié)論

通過(guò)上述三種措施分析比較可知，以上三種措施均能解決配電變壓器時(shí)段性過(guò)負(fù)荷的問(wèn)題，而且能提高供電可靠性，降低配電變壓器損耗，提升用電管理水平。但是，從經(jīng)濟(jì)效益角度考慮，三種措施比較，采用增容更換非晶合金變壓器的實(shí)施方案明顯優(yōu)于其他兩種措施。

綜合以上分析，針對(duì)配電變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的情況，我們有以下幾點(diǎn)建議：一是要設(shè)備管理部門切實(shí)加強(qiáng)配電變壓器運(yùn)行巡視管理工作，密切關(guān)注與監(jiān)測(cè)配變負(fù)荷情況，努力提高對(duì)配變負(fù)荷增長(zhǎng)的預(yù)判能力。對(duì)于過(guò)負(fù)荷運(yùn)行的配電變壓器提前進(jìn)行整改。二是采用新技術(shù)，努力提高配網(wǎng)臺(tái)區(qū)智能化水平。在低壓配電箱內(nèi)采用負(fù)荷監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，在配電臺(tái)區(qū)低壓線路上裝設(shè)分段開(kāi)關(guān)，分段開(kāi)關(guān)由負(fù)荷監(jiān)測(cè)設(shè)備遠(yuǎn)程控制。負(fù)荷監(jiān)控設(shè)備根據(jù)配電變壓器的負(fù)荷情況，選擇性的切斷某個(gè)分段開(kāi)關(guān)，保證配電變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。三是為提高變壓器效率，降低變壓器空載損耗，增加經(jīng)濟(jì)效益。配電變壓器增容措施應(yīng)采取更換為非晶合金變壓器的改造方案。

[1]王瓊,藍(lán)耕.配電線路[M].北京:中國(guó)電力出版社,2005.

[2]宋連庫(kù),王樹(shù)聲.配電線路實(shí)用技術(shù)[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,2006.

[3]邱關(guān)源.電力系統(tǒng)可靠性分析基礎(chǔ)及應(yīng)用[M].北京水利電力出版社,2005.