有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的技術經(jīng)濟分析及其在農(nóng)村配電網(wǎng)中的應用

趙國偉

（國網(wǎng)桐鄉(xiāng)市供電公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314500）

0 引 言

經(jīng)過多年的改革開放，農(nóng)村人員流動趨勢漸趨固化，即春節(jié)和農(nóng)忙時期人員回流，其他時間以外出打工為主。這使得農(nóng)網(wǎng)負荷的季節(jié)性落差明顯，給配變布點和定容帶來了一定困難。若布設過多，必然造成大部分時間下的輕載或空載，極大地浪費了電力建設資源；若布設不足，則難以應對短期但重要的負荷需求。另外，由于農(nóng)村的廣域性，農(nóng)網(wǎng)自動化水平尚未達到較高程度，進行農(nóng)網(wǎng)有效運維需要的人力成本較城網(wǎng)高，成為影響在農(nóng)網(wǎng)地區(qū)推行“多供電、供好電”戰(zhàn)略的瓶頸。

解決以上問題的一個可行措施是推廣有載調(diào)容調(diào)壓變壓器的應用。該類變壓器可在不中斷供電情形下根據(jù)臺區(qū)負載大小和出口電壓水平自動執(zhí)行容量切換和分接調(diào)整，以達成電能質(zhì)量達標和供用電經(jīng)濟的雙贏。

1 有載調(diào)容調(diào)壓變壓器技術分析

1.1 調(diào)容原理

關于調(diào)容工作的接線，見圖1[1]。

調(diào)容過程闡述（大容量→小容量）：①高壓繞組進行“△-Y”轉(zhuǎn)換，相應地匝電壓減小為原來的②低壓繞組的II、III段由并轉(zhuǎn)串，再與I段作串聯(lián)（I、II、III段的匝數(shù)依次占總匝數(shù)的27%、73%、73%）。顯然，經(jīng)過以上變化，高壓側(cè)由于磁通密度下降（因為匝電壓下降），使得空載損耗下降；低壓側(cè)的導線截面縮減一半（因為II、III段由并轉(zhuǎn)串），變壓器容量相當于減小為原來的1/2，但低壓出口電壓不變（因為低壓側(cè)匝數(shù)為原來的1倍，與高壓側(cè)匝數(shù)減少剛好抵消）。

圖1 執(zhí)行調(diào)容的接線示意

1.2 調(diào)容點計算

有載調(diào)容調(diào)壓變壓器進行容量自主調(diào)節(jié)的前提是調(diào)容點的精準確立[2]。

首先，研究配變運行損耗與額定容量的關系。圖2為運行損耗牽涉內(nèi)容。其中，（a）、（c）項僅與容量呈正相關，與負荷電流無關；（b）、（d）項與負荷電流平方呈正相關。這樣可得到不同容量級別在不同負載下的綜合損耗示意，如圖3所示。

其次，最佳調(diào)容點計算。根據(jù)文獻[2]，不同變壓器的三類經(jīng)濟運行方式（有功/無功/綜合功率）的臨界負載依次如下：

圖2 變壓器運行損耗的細項

圖3 不同容量變壓器綜合損耗與負載關系示意

式 中，P0D、PKD、SND、Q0D、QKD、P0ZD和 PKZD分別為大容量運行方式下的空載損耗、負載損耗、變壓器額定容量、鐵心激磁無功、額定負載線圈漏磁無功、空載綜合損耗和負載綜合損耗。將下標中的D換為X，對應的就是小容量下的相應項目。

以上各種損耗項目的計算如下：

式中：KQ是無功經(jīng)濟當量（取0.1），KP是負荷波動系數(shù)（取0.2）。因此，為使最佳調(diào)容點趨向精確，應以變壓器性能參數(shù)實測值為基準進行各類臨界負載計算，從而使配變運行達到最大經(jīng)濟性。

另外，統(tǒng)籌安全穩(wěn)定運行的需要，一般設置升容、降容門限值[3]。前者為最佳調(diào)容點的1.1倍，后者為最佳調(diào)容點的0.9倍。

2 有載調(diào)容調(diào)壓變壓器經(jīng)濟分析

2.1 關于節(jié)電量

根據(jù)GB/T 13462-2008和DL/T 985-2012，應用調(diào)容變壓器后的年節(jié)約電量計算應包括兩部分，即小容量運行期間節(jié)電量和大容量運行期間節(jié)電量之和[4]：

式中，KUi為表征空載損耗受電壓影響的系數(shù)，P0Z和分別為調(diào)容調(diào)壓變壓器應用前后的綜合空載損耗，PKZ和分別為應用前后的綜合負載損耗，KT表征負載波動程度，S為功率（平均），SN是配變額定容量，T是運行時間統(tǒng)計，i取值1和2分別對應大、小兩種容量狀態(tài)。

計算實例：①某臺區(qū)于2007年配置一臺S9-315 kVA配變，由于居民生活水平的提高，這些年配變負載逐年遞增；②經(jīng)統(tǒng)計，該臺區(qū)的年均負載率不到55%，但部分時間區(qū)段出現(xiàn)嚴重超載（達到131%）；③現(xiàn)采用S11型630（200）kVA配變進行替代，并確定最佳調(diào)容點、升容門限、降容門限依次為125 kVA、137.5 kVA、112.5 kVA；④統(tǒng)計改造后各時間區(qū)段的負載率變化；⑤進行節(jié)電量計算。相關數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 臺區(qū)改造前后相關節(jié)電數(shù)據(jù)統(tǒng)計

2.2 關于電壓質(zhì)量改善

根據(jù)文獻[4]，配變低壓側(cè)輸出電壓可根據(jù)式（9）進行計算：

式中：UL是配變高壓側(cè)電壓，NT是配變高低側(cè)變比，ZT=R+jX為配變等效串聯(lián)阻抗（折算到低壓側(cè)），Zload為配變低壓側(cè)負載阻抗。

根據(jù)式（9），當配變高壓側(cè)電壓波動時（跌落或增加），只要及時調(diào)節(jié)高低壓側(cè)變比，就能穩(wěn)定低壓側(cè)輸出，確保電壓質(zhì)量符合相關標準。而有載調(diào)容調(diào)壓配變的高壓側(cè)引出有3個分接頭，可借助有載分接開關，在持續(xù)供電情形下改變額定匝數(shù)，以穩(wěn)定電壓。圖4為某試點改造前后的效果比對，可知利用有載調(diào)容調(diào)壓配變可有效應對因負載增加而造成的電壓跌落現(xiàn)象，一般可提升低壓側(cè)電壓5%左右。

圖4 電壓質(zhì)量提升對比

2.3 關于投資回報

據(jù)統(tǒng)計，當前運行的配變中，S9系列占相當比例。該型配變服役時間一般在10年以上，設備殘值基本大于賬面凈值，進行升級改造符合經(jīng)濟原則[5]。依據(jù)2.1節(jié)中的計算結果，以一臺S11型630（200）kVA配變替換一臺S9-315kVA配變，年效益約為1.08萬元（按電價0.6元/（kW·h）估算），而新設備的價格不到9萬，約8年就可收回投資。若以配變服役20年計算，服役期內(nèi)可收回投資價值的150%。

3 應用研究

依托電力營銷大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，可將農(nóng)村區(qū)域用電作如下歸納：①生活用電量增速空間總體上大于城市區(qū)域（尤其當經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)）；②配網(wǎng)日常負荷波動范圍大（低谷時近乎空載、假日時則易過載）；③季節(jié)上，一年中負荷存在大起大落現(xiàn)象。另外，由于農(nóng)網(wǎng)負荷遠離電源點，靠調(diào)節(jié)變電站出口電壓很難兼顧線路首末端電壓水平。基于以上問題，在農(nóng)村配網(wǎng)區(qū)域推行有載調(diào)容調(diào)壓配變的前景十分廣闊。考慮到當前電網(wǎng)建設對自動化、智能化的要求，可以圖5的架構為模板作應用推廣。

顯然，依托圖5裝置，不但可實現(xiàn)配變?nèi)萘俊⒌蛪簜?cè)電壓的自動調(diào)整，還具備如下優(yōu)點：①無功補償?shù)木毣古渚W(wǎng)運行更加經(jīng)濟；②無線“四遙”，便于全景數(shù)據(jù)采集，為職能部門決策提供數(shù)據(jù)支撐，并實現(xiàn)遠程停送電，減少運維人員配置。

圖5 有載調(diào)容調(diào)壓配變在農(nóng)村配網(wǎng)的應用的配置

4 結 論

有載調(diào)容調(diào)壓配變可根據(jù)負載多寡和臺區(qū)電壓水平，自動執(zhí)行容量切換和出口電壓適應，支持無線“四遙”及精細化無功控制等功能擴展，對于快速解決農(nóng)村配電網(wǎng)存在的網(wǎng)絡損耗大、電壓質(zhì)量不高、運維效率低下等問題有著天然的契合性，并且投資回報周期短，可在試點應用的基礎上科學總結，最終實現(xiàn)大面積的推廣應用。