化工生產裝置區電力變壓器容量、臺數選擇

孫 鵬 韓振起

(1.連云港沃利帕森工程技術有限公司（天津辦公室）,天津； 2.天津市化工設計院，天津 300131 )

一、 概述

電力系統為滿足化工生產裝置供電安全的可靠性和經濟性的，在變配電站擴建、建設等設計工作中，首先考慮的因素是根據變配電站的供電負荷的可靠性和供電性質來選擇變壓器的臺數和容量。如果所選擇的變壓器容量過大，必然會增加相關設備的投資以及變壓器本身的投資，造成不必要的設計浪費，例如變壓器的購置和安裝、變壓器運行和維護時產生的投資；如果所選擇的變壓器容量過小，則必然無法滿足供電的正常需求，如果使變壓器長期都處于過載運行狀態，那么會極易造成變壓器的損壞，對供電的安全及可靠性造成重大影響；選擇的變壓器數量偏少，接線方式以及供電可靠性將無法達到要求，也必然會影響檢修以及缺少必要的備用變壓器；變壓器數量選擇太多則會增加配套設施投入，使變電站布置困難，同時會增加檢修以及維護工作量。所以，如果變壓器容量和數量選擇合適，不但能在建設中節省很多一次性的投資，而且因為變壓器合理的運行，從而減少相應的運行以及維護方面的一些費用。

本文將結合實際設計經驗以及實際問題，講述在變壓器的臺數和容量選擇時應該遵守的原則以及變壓器自身可靠并且安全運行的各種要求及其條件，全面考慮選擇變壓器臺數和容量的時候需要考慮的綜合因素，進而對變壓器的臺數和容量以及供電的負荷進行全面的效益以及安全性的分析。

二、選擇變壓器的容量以及臺數時應遵循的基本原則

供電安全的可靠性和經濟性主要影響因素就是變壓器容量以及臺數，另外它還是影響電網結構的主要因素。變壓器在初始選擇容量大小以及臺數多少的時候往往由負荷的現狀和增長的預期來決定，并且同時取決于以下幾個因素：一次性建設投資的多少，周圍的上一級電網或者電廠提供負載的能力，負荷本身對供電安全性以及可靠性的要求以及負荷本身的性質，變壓器自身的單位容量的造價、電力系統的短路容量以及變壓器自身安裝以及運行的條件以及與之相連接的配電裝置的技術和性能指標等等。近幾年隨著變壓器制造技術的不斷提高，變壓器自身質量和安全運行水平大幅度提高；變壓器空載損耗率大幅度下降，變壓器經濟運行負載率不斷降低；國家節能減排政策鼓勵企業展開經濟運行工作；對于新建、擴建以及變壓器容量增容的臺數和容量的選擇國家目前尚無明確具體的規定，也是隨技術水平不斷提高、不斷完善的一個系統工程。一般根據設計經驗并且結合相關規范，作者認為一般需要充分考慮的相關因素如下：

（1）變壓器的額定容量必須滿足所有供電區域內的全部用電負荷的安全可靠供電的需要，從而來避免變壓器處在長期過負荷的狀態下。對于新建變電站的變壓器容量選擇還需要滿足企業的發展，進而考慮用電負荷的增長需要，以此來避免后期用電負荷增加時不必要的增容及擴建，也減少因為擴建增容造成的生產裝置長時間停電；對于供電安全可靠性需求較高的變電站需要一次性投入兩臺變壓器，每臺變壓器正常負載率最好不大于其額定功率的50%。

（2）對于用電負荷等級較高的生產裝置變配電站，要考慮當其中某臺變壓器停電檢修時或者是故障時，另外的變壓器應該能在過負載能力允許的時間之內的情況下，滿足對全廠的一級負荷以及二級負荷正常供電的需求。而對于一般的變電站，當所有變壓器中存在一臺變壓器停運的情況時，其它變壓器要有保證全部負荷的70%至80%的電力供應的能力。

（3）為了滿足變電站對其自身運行方式的可靠性和靈活性要求，同時一起減少并方便備用容量的預留，滿足方便檢修以及維護的要求，進而滿足變電站統一規范的需求，所以在選擇變壓器容量以及種類的時候應該盡量減少，基本上不可超過兩種。并且對裝置供電的一個變配電站中最好選擇同一容量等級的變壓器。

（4） 在一定的容量范圍之內，容量增大會導致變壓器的損耗降低，但因此節約的電費可能難以補償初期投資費用的增加，因為與之配套的開關等設備的開斷能力要求高，所以在選擇變壓器容量時還要考慮與其相關裝置的一次性投資，執行國家頒發的相關降損節能政策。甚至是要進行經濟運行方式計算。

三、 電力變壓器經濟運行應具備的條件和要求

（1） 新建變電站的分期建設，需要考慮負荷增長，先期只有一臺變壓器運行時，要結合全廠的最終規模確定變壓器容量，最佳經濟運行區域內的變壓器在運行的時候，為75%以下，但是變電所短期不能進行擴建的話，變壓器則不應該長時間處在滿負荷運行的狀態下。

（2）如果需要多臺電力變壓器并列運行的話，則需要對并聯條件進行規范，每臺變壓器相位關系及其聯結組別必須相同；每臺變壓器的變壓比和電壓必須要一樣，同時偏差的運行程度也要相同，每一級電壓在調壓范圍內相同；要防止二次繞組之間因為存在電動勢差從而產生循環電流，影響容量輸出甚至燒壞變壓器；短路阻抗也需要盡量保持一樣，一旦不一樣的話則必須將其控制在10%的范圍內；容量比則在0.5～2之間，從而才能均勻的分配全部負荷，并且容量小的那臺變壓器處于過載狀態，而短路阻抗大和容量大的變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿足系統短路電流的要求，否則應采取限制措施。

（3） 正常狀體下運行的變壓器，其各個絕緣部件以及油的溫度不應該過高，要盡量控制在變壓器負載導則規定的溫度限值內，盡量不要再高溫下運行變壓器，以此避免絕緣老化和加快而引起的變壓器使用壽命的縮短和變壓器損壞。也要防止變壓器在過高溫度運行時，引起的變壓器自身損耗過大，影響變壓器的輸出效率，從而造成電能浪費。

（4） 如果變電站內裝有備用電力變壓器，應該選擇綜合功率損耗小（變壓器的冷卻功率計算在內）的變壓器來運行，應該按照負載的變化規律來選擇最佳組合運行方式，提高負荷率以及負載的功率因數，從而使變壓器在最佳經濟運行區域內。

（5） 單獨一臺電力變壓器的經濟運行區域平均負載系數為β，β的上限為1，下限為電力變壓器的空載損耗/電力變壓器的額定損耗，在最佳經濟運行區優選段的平均負載系數，β的上限為0.75，下限為1.33。

（6）變壓器經濟運行只有在滿足了安全可靠供電的前提條件下才可以考慮的，作為備用的變壓器應具有自動投切裝置，并且該裝置是要安全并且可靠的，從而才能保證在主供電變壓器故障時能夠自動投入運行從而保證正常供電的繼續。

（7）以并列運行方式共同運行的變壓器，必須要對聯絡開關的額定遮斷容量來進行準確的計算，以此來防止短路故障的時候因為開關額定遮斷容量不足造成的故障點無法自動隔離。

四、 設計實例

江蘇亞邦化工集團金囤農化生產基地，為我國最早的光氣和農藥雙定點生產企業。占地面積5萬m2，廠房建筑面積8萬m2。根據化工企業單位面積用電負荷量，采用單位用電負荷統計計算法；每平米用電負荷取50kVA，本廠總計算用電量40MVA,但實際生產及辦公用電要小于此計算量，所以在實際施工中采用單位數法加需要系數法相結合的方法，實際廠區用電量的確定為0.8x40MVA=32MVA是比較準確的。本廠區最終設置3處高壓變電站，每站容量12000kVA,設置2000kVA變壓器6臺。實際運行變壓器負荷率85%，即符合國家規范要求又為集團節省的不必要的建設費用。

結語

化工生產裝置用電負荷與電力變壓器容量和臺數的選擇關系會對生產裝置經濟和安全運行產生影響，會影響到產業的效率以及系統的安全性、綜合性。因此變壓器的選擇必須根據電力變壓器的固有屬性，同時根據《電力變壓器運行規程》，并且用《工礦企業電力變壓器經濟運行導則》為依據，進而進行更加全面的分析計算，綜合考慮化工廠負荷發展規劃，兼顧用電性質和對可靠性的要求，統籌全廠負荷的綜合因素，全面發揮變壓器的最佳經濟運行節能指標，從而達到全廠負荷對于變壓器容量和臺數的統一和優化，實現企業供電安全和經濟效益最大化。

[1]DL/T572-2010，電力變壓器運行規程[S].

[2]GB-T13462-1992,工礦企業電力變壓器經濟運行導則[S].

[3]GB/T13499-2002，電力變壓器應用導則[S].

[4]張廣溢.電機學（第二版）[M].重慶：重慶大學出版社 ，2007.