住宅小區配電變壓器的節能運行方案

李文杰

(廣西東恒電力設計有限公司，廣西 南寧 530021)

在節能型變壓器應用方面，油浸S11型及以上或干式變壓器SC(B)10型及以上變壓器得到推廣應用，取得了比較好的節能效果。從運行方案入手，如果能使配電變壓器節能運行，那么可降低電能損耗大約30%左右。

1 住宅小區現行配變運行方案

住宅小區的負荷特點是峰谷差比較大，負荷率比較低（30%-40%），最大負荷出現時間一般為17時至22時，最小負荷一般出現在0時至5時。現行的住宅小區供電方案大多是一個供電區域配置一臺變壓器，變壓器的額定容量按滿足區域最大負荷選定，變壓器容量不能調整。由于變壓器容量越大，其空載損耗越高，所以，在負荷較小時使用大容量變壓器會出現“大馬拉小車”現象，不是經濟運行方案；一臺變壓器的形式的弊端還在于一旦出現故障，就會導致供電癱瘓，不符合“N-1”原則，影響供電可靠性。

2 兩臺容量相同的變壓器運行方案

舉例來說，如果某個供電區域需要配置一臺額定容量為N1=800千瓦的變壓器，按照改進方案，配置兩臺額定容量為N2=400千瓦的電壓器，即N1是的N2的兩倍關系。運行的具體實施方案為∶平時僅靠一臺長期運行的變壓器供電，負荷高峰時另一臺投入運行，等高峰期過完之后備用變壓器退出運行。這種循環式配電方式的好處在于能夠最大限度的降低損耗，并且當一臺變壓器故障或檢修時，另一臺變壓器可以正常工作，不會因變壓器故障造成供電區域全部停電。

3 節能效果分析

3.1 變壓器損耗計算公式

有功損耗：△P＝P0＋KTβ2PK；

無功損耗：△Q ＝ Q0＋ KTβ2QK；

綜合功率損耗：△PZ= △P+KQ△Q；

年電能損耗：△WZ=8760 ×△PZRS3。

其中：Q0——空載無功損耗（kvar），Q0≈I0%SN；P0——空載損耗（kW）；PK——額定負載損耗 （kW）；SN——變壓器額定容量（kVA）；I0%——變壓器空載電流百分比；β——負荷率，城鎮住宅小區估取30%-40%；KT——負載波動損耗系數，一般取KT＝1.05；QK——額定負載漏磁功率 （千耳），QK≈UK%SN；KQ代表無功經濟當量（kW/千耳），對城市電網的小功率供電取最小負荷，取 KQ＝0.1kW/kvar；；RS3代表供電可靠率，取99%。

3.2 兩臺變壓器日最大并列運行時間

因為2臺小變壓器并列運行時其綜合功率損耗大于1臺大變壓器綜合功率損耗。所以2臺小變壓器日并列運行時間不能大于T，否則，電能損耗高于1臺大容量變壓器電能損耗，該方案不能實現節能目的。

經推導得兩臺變壓器平均每日最大并列運行時間為：T<24(△PZ1/△PZ2-1)。計算時用上述公式計算。本案例經計算得出并列運行時間T＝16。式中△PZ1、△PZ2——大變壓器和小變壓器的綜合功率損耗，由上式求出。

3.3 損耗計算

公式如上所示，先計算出兩個小變壓器的有功損耗、無功損耗、綜合功率損耗和年電能損耗，負荷率取40%，供電可靠率取99.9%。負荷率與有功功率和無功功率大致成平方關系，負荷率是衡量變壓器是否節能運行的重要參數。根據以上公式計算值就可以得出結論：用2臺小變壓器取代1臺大變壓器供電方案有比較好的節能效果，變壓器容量越大，節能效果越明顯。

從表1可知，用2臺小變壓器取代1臺大變壓器供電方案有比較好的節能效果，變壓器容量越大，節能效果越明顯。假設1個縣城有10個2×S11-400配置供電臺區，每年能節約316 MWh左右的電能，有明顯的推廣應用價值。

表1 節能效果對比表

4 設備配置和投資估算

兩臺容量相同變壓器配置方案按照安裝方式不同可分為戶外柱上安裝方式、戶內配電室安裝方式和箱式變安裝方式，關鍵設備有變壓器高壓和低壓側斷路器，變壓器自動投切控制器。

4.1 斷路器設備

斷路器設備應具備遙控、遙信接口，每天能夠進行合分操作1至2次。

戶外柱上安裝方式每臺變壓器高壓側配置1臺電動操作的斷路器，每臺變壓器低壓側配置1臺斷路器，斷路器類型與單臺變壓器供電方案相同。為了節省投資，一臺長期運行的變壓器高壓側可以不配斷路器。

戶內配電室安裝方式和箱式變安裝方式中斷路器類型與單臺變壓器供電方案相同。在戶內配電室設計時，有的配電室已經按2臺配變設計，這樣的配電室很容易實現2臺配變按日負荷曲線運行方案。

4.2 變壓器自動投切控制器

變壓器自動投切控制器要求具備能根據負荷大小通過自動分合相應的變壓器高低壓斷路器的功能。此功能可以集成于負荷管理終端、變壓器監控終端或無功補償控制器中，因此就要求這三種設備必須具有測量荷載大小的功能，尤其是能夠交流采樣的負荷管理終端，這樣一來只要稍作改動就可以在變壓器自動投切控制器上使用。

4.3 新增投資與回收期估算

新增投資主要集中于變壓器高壓側斷路器上，經過對比計算，戶外配置方式的投資最大，回收期也最長，所以該方案不做優先考慮。室內配電室方式和箱式的投資較少，應該優先采用本文所述的方案。如果本身配電室已經采用兩臺變壓器形式，那么本文所述方案的優勢將更加突出。容量在630kVA以下的一臺小變壓器與大變壓器的價格比較的話基本相當，但容量在630 kVA以上的兩臺小變壓器加起來比大的稍貴。因此，630以上的大容量變壓器更換為2臺小容量變壓器的更為經濟。

5 結語

綜上所述，本研究所描述的住宅小區配電變壓器節能運行方案具有比較好的供電可靠性和經濟效益；該方案較適合平均日負荷峰谷差比較大的供電區域；該方案較適用于配電室方式和箱式變供電方式。

［1］方向暉.中低壓配電網規劃與設計基礎[M].北京∶中國水利電力出版社,2004.