基于配電自動化的變壓器經濟智能運行方案探索

劉暢

摘 要：降低電網的線損是電網企業管理和運行工作的重點和難點。本文闡述了用于民用建筑的配電變壓器大多數時間實際負荷遠離配電變壓器經濟運行區間的特點，分析了占線損中重要比重的變壓器損耗特性，提出了將兩臺或多臺變壓器并聯運行，低壓側單母線分段，由配電自動化終端裝置根據用戶負荷情況和變壓器容量自動投切變壓器的方案，來達到一種智能、經濟的配電變壓器運行狀態。

0引言

降低線損一直以來是我們供電企業的工作重點和難點，以城南供電分公司年售電量65.01億千瓦時，10kv線損為2.7%，如果售電均價按0.49元/千瓦時計算，如果將10kv線損折合成人民幣約為是8500多萬元，我們的10kv線損率能降低0.1個百分點，相當于節約了318萬元，也就是為公司增加了318萬的效益。

對于10kv線損的重要一環，變壓器損耗，我們以往降低變壓器損耗的做法，通常是更換更加節能的新型變壓器，從最早的S7級變壓器到S11級，再到今天的S16級非晶合金變壓器，這種不斷使用空載損耗更小的設備方法，節能效果非常明顯。因此，依靠變壓器生產廠家的技術進步來降低變壓器能量損耗的思想已經成為一種主流觀念。

但作為供電運行部門的專業管理人員，有對所管轄區內的配電變壓器運行情況和配置情況非常了解的優勢，因此也要從另一個側面思考了降低變壓器損耗的方法。以我們多年觀測和分析的經驗來看，在民用電比較集中的地區，全年最高負荷一般出現在夏季最熱和冬季最冷的幾周時間里，而在其他時間，變壓器負荷都比較小，這種現象在我們的配電變壓器上非常普遍。我們所有的變壓器的年平均負荷率在10%～12%之間，也就是說大量變壓器全年實際都運行在一個遠離經濟運行區的負荷區間內，空載損耗之大可想而知。

因此，我們認為在負荷密集、使用多臺變壓器供電的居民小區內，可以使用一種全新的配電變壓器配置和運行方式，可以在夏季高負荷的情況下，投入全部的變壓器，滿足用戶最大用電需求；而在平時負荷較低時間里，停運部分變壓器，讓一臺或一部分變壓器帶走全部負荷，減少不必要變壓器損耗。

這種想法在電網傳統運行模式下會大量增加配電運行人員的負擔，同時也有一些不可靠因素存在，但在智能電網（smart gird）實現的條件下，似乎變成了可能。本文對此想法的可行性和其所帶來的經濟效益進行了探索。

1 城區配電變壓器運行情況分析

1.1城區配電變壓器負荷變化特點

我們所管轄區內的負荷類型，絕大多數的是民用電和小型商業用電。以我們多年觀測和分析的經驗來看，這種負荷類型可以歸納為兩種情況：

第一種情況是在冬季有供暖區域，全年最高負荷都出現在夏季最炎熱的時間里，尤其在每年七月末和八月初的兩周時間，配電變壓器的最高負荷是全年其他時間最高負荷的兩至三倍，多為空調負載。

第二種情況是在無暖氣供應地區，最高負荷出現在炎熱夏季和冬季最寒冷的幾周，而在其他時間里配電變壓器的負載同樣非常小。

綜合這兩種情況，經過統計，我們大部分的配電變壓器每年只有4%——10%的天數里負荷較大，其他時間里處于低負載狀況。

1.2配電變壓器不斷增容與平均負載率低

根據計算，我們所有的變壓器的年平均負荷率在10%～12%之間，但供電部門在負荷密集區仍不斷增容變壓器。原因是為了保證全年內一小段負荷高峰期內居民用電的可靠性，而帶來的代價則是承擔全年其他時間里，變壓器大多運行在一個遠離經濟運行區的負荷區間內，從而產生大量的空載損耗。如果考慮配電變壓器的數量級，所有配電變壓器全年非負荷高峰期的空載損耗總量是十分驚人的。

1.3配電變壓器的分布形式

傳統10kv配電變壓器的站址選擇是根據負荷分布情況，在每片負荷的中心地區設置一臺變壓器，這樣做可以減少低壓線路損耗。但隨著城市的快速發展，市區內高層建筑越來越多，負荷也越來越密集。在許多新建的小區內，往往在小區內設置一座配電站房，配置兩臺至四臺變壓器。

2 配電變壓器的智能經濟運行

2.1配電變壓器的經濟運行方案

變壓器經濟運行是指在傳送負荷相同的條件下，通過擇優選取最佳運行方式，使變壓器損耗降至最低。換言之，經濟運行就是充分發揮變壓器效能，合理地選擇運行方式，從而降低自身損耗。

通過以上的分析，我們提出了可以使用一種全新的配電變壓器配置和運行方式，這種方式概況來講是將在一起的兩臺變壓器并列運行，在高負荷時兩臺變壓器同時投運滿足所需用電要求，而在低負荷時只用一臺變壓器帶兩個臺區的全部負載，減少低負荷時不必要的變壓器空載損耗。

2.2配電自動化條件下實現變壓器的智能運行的優勢

對于上文敘述的方案，在傳統的配電網條件下真正運行起來，會存在許多瓶頸，但在實現智能配電即配網層面上實現了計算機遠程監測和控制的條件下，許多問題迎刃而解，我們對所此做了如下分析：

（1）減小運行人員的勞動強度。

配電層面設備數量級是驚人的，考慮現有的配變數量和配電運行人員配置，在傳統配電網條件下大面積使用這種配電變壓器的動態投退運行管理模式，會給配電運行人員的帶來較大的管理難度。

在配電自動化條件下，智能配電終端會根據變壓器的容量、負荷大小進行計算，自動按變壓器經濟運行的方式投切變壓器，減輕調度人員和運行人員的勞動強度。

（2）增加監控，提高了可靠性。

使用此方法，使設備動態運行，比靜態的運行方式增加了復雜性，自然也增加了一層安全隱患。如果設備出現異常，而我們又不能隨時掌握變壓器的投切情況、運行情況、變壓器是否過負荷等信息，會造成非常大的風險。

在配電自動化條件下，在需要監測的地方加裝傳感器，通過信息遠程傳送，并經過計算機后臺處理，我們可以隨時監測每臺變壓器的運行狀況，得到異常設備的告警，降低風險。

（3）可以靈活判斷和決策。

如果采用變壓器根據負荷變化動態投切的模式，就需要對負荷隨時進行監控，在沒有監控條件下，單純按往年經驗決定是否投切變壓器，由于配電層面上的情況是千差萬別的，如果本年情況不同，會造成變壓器投切的不及時等問題，后果非常嚴重。

在配電自動化條件下，智能配電終端會根據變壓器的容量、負荷大小進行計算，自動按變壓器經濟運行的方式投切變壓器，防止投切不及時帶來的危害。例如：可以設置單臺變壓器負荷超過80%就自動投入另一臺變壓器，而兩臺變壓器平均負荷低于40%則自動切除其中的一臺；也可以在迎風度夏期間切換至人工控制模式，強制命令所有變壓器投運，過后再切換到智能終端自動投切模式，降低風險。

總之，在實現了配電自動化的條件下，給我們管理和動態運行變壓器，帶來了無限的可能。

3 結語

隨著城市的快速發展，城市人口密度不斷加大，高層林立、高負荷密度的建筑取代原有建筑已經成為趨勢，越來越多的配電變壓器會按集中形式分布。這也給我們帶來了重大的機遇，如果能隨著城市的不斷建設有規劃的建設配電自動化，使配電變壓器能經濟運行，不但能產生足夠的經濟效益，也會為我國的智能電網建設增加不少特色。

參考文獻：

[1]劉介才.工廠供電.北京：機械工業出版社，1991

[2]張國兵，付錫年.變壓器效率曲線及其特性參數.變壓器，2000，37（6）：18

[3]胡景生.變壓器經濟運行.天津科技出版社，1991

[4]劉健，倪建立.配電自動化新技術[M].中國水利水電出版社，2003.

[5]胡學浩.智能電網——未來電網的發展態勢[J]電網技術.2009.