10kv配電變壓器經濟運行方式的可行性及經濟性分析

郭翔宇

中核第七研究設計院有限公司 山西太原 030012

隨著我國用電需求的逐年提高，發電量也必須再上一個臺階。但是除了強化發電能力，改進發電技術以外，在電力輸送環節和點能轉換環節提高經濟運行方式的可行性來降低發電成本也必不可少。發電與節能相輔相成，不論是從經濟角度還是從環保角度出發，通過改進10kv配電變壓器經濟運行方式來節約成本和降低碳排放量都是兩全其美、利國利民的美談。

1 10 kv配電變壓器經濟運行對于發電領域的意義

1.1 10kv配電變壓器和其經濟運行模式的概念

在高壓變配電系統中，配電變壓器是電力傳輸系統末端的一種關鍵電氣設備，其具有結構簡單便于維護，且性能可靠的特點，廣泛應用于我國的10kv中壓輸電網絡，由于配電變壓器的數量和應用規模較大。但是，10kv配電變壓器也存在負載容量不足、負載波動穩定性差、容易長時間處于輕載和空載運行的缺點，導致其配電功率損耗較大，功率因數難以滿足配電指標的問題。根據相關技術部門統計，整個網絡的無功功率電能損耗的40%來自于配電變壓器耦合及散熱損耗。因此，為了降低負載或空載狀態下變壓器的電能損耗，工程師和設備廠商研發人員通過設定一種低效率、低活性的“待機”工作模式，被稱為經濟運行模式，用來和正常工作模式以及過載運行模式相互配合使用[1]。

1.2 使用10kv配電變壓器經濟運行模式的意義

目前，在我國的主要城市和絕大部分地區都有電力網絡的覆蓋，基本上解決了長久以來用電困難的問題。但是我國仍有部分基礎設施落后陳舊，自然環境惡劣的偏遠地區的用電需求沒有得到滿足。根據國家電網官網披露消息，直到2019年我國才基本實現了縣級以上城市全部通電。因此，我國的電力生產與輸送工作仍然任重而道遠。為了盡可能的用好電、發好電，“開源”和“節流”缺一不可。上文中提到，在我國電力網絡的無功功率損耗中，在變配電環節當中損失的電能占據了相當大的比例，所以開展配電變壓器經濟運行節電潛力十分巨大。而使用10kv配電變壓器經濟運行的經濟意義也就十分巨大。

2 10 kv配電變壓器經濟運行模式所應用到的相關技術要求

2.1 10kv配電變壓器經濟運行模式的工作原理

眾所周知，變壓器是通過電感線圈實現升壓（降壓）的強感性電氣設備，因此，變壓器在正常工作或過載模式下空載的無功功率遠大于有用功，這是非線性元件的電氣特性所決定的。也就是說，變壓器通過切換正常工作或過載模式與經濟運行模式可以實現釋放空載狀態下無功節電潛力。隨著變壓器經濟運行的理論基礎日漸成熟，但需要注意統一不同的計算方法和矛盾，特別是數量和容量最大的配電變壓器的經濟運行。

2.2 10kv配電變壓器經濟運行模式的實現條件

根據變壓器的變電原理，工作過程必然需要克服損耗，而這些損耗主要包括負載損耗與空載損耗兩大方面。其中，在電壓穩定時，空載損耗作為變壓器的常量參數保持不變，而負載損耗數值的變化隨著配電變壓器負荷量數值的變化呈現平方關。但不同配電變壓器的電氣性質并不完全一致，所以其負荷損耗與負載之間的特性曲線也具有一定的差異，且多臺機組的聯合工作負載分擔的方式也是實現經濟模式的方法之一。例如，兩臺雙繞組的配電配電變壓器的負荷與損耗的特性曲線呈現指數增長，而兩臺變壓器特性曲線的交點處為其轉折點。第一臺配電變壓器單獨運行、兩個配電變壓器并列運行、第二臺配電變壓器單獨運行等三種條件下的負荷和配電變壓器損耗的特性曲線狀態。可知在轉折點處的兩個配電變壓器處于并列運行最經濟的狀態。

3 10 kv配電變壓器在經濟運行模式下工作所需要注意的相關事項

3.1 注意調整10kv配電變壓器的負載損耗

為了保證10kv配電變壓器的工作狀態處于正常范圍的同時，盡量降低減少無功功率損耗，可以根據負載情況來選擇通過無載調壓或有載調壓的方式來調整其負載損耗。在采用并聯分列運行方式的變壓器組中，每個獨立的變壓器亦可以調整變壓器的組網位置或全局性設置負載分布布局來實現。因為通過負載調整和變壓強排列組網的調整是可以影響到其輸出的電力功率。特別是對于盤活部分變壓器件的冗余配額，釋放其閑置輸出功率存在重大利好。此外，通過積極調整變配電負載和設備組網布局也可以有效檢測出變壓器組當中的老化元器件，有利于設備檢修和隱患的排查[2]。

3.2 注意控制多臺機組聯合工作時的負載容量

為了實現對多臺機組聯合工作時負載容量的有效控制，就必須充分了解整個變壓器組的負載隨時間變化的變化曲線，特別是峰值時段和谷值時段。通過利用變壓器組的變載能力實現削峰填谷，來匹配變壓器過載能力與負載端的供電需求。另一方面，還應該掌握在各個負載時間段內，機組內每臺獨立變壓器的工作狀態和負載分擔情況，并根據每臺單獨變壓設備的狀態，在經濟運行模式、正常運行模式和過載模式之間互相切換，通過對設備的“微操”來最大限度的減少損耗節約能源。這有利于了解整個變壓器組的冗余負載承擔能力和最大負荷，對于維護設備和保證供電設備及輸電線路的安全有著積極意義。

4 結語

本文首先介紹了低壓配電變壓器的經濟運行的基本原理與實現方法，并且通過參數分析10kV配電變壓器的經濟運行方式的實現條件。依據配電變壓器經濟運行細則確定了系統控制判據，并通過設置切換容量裕量、負荷波動的延時認可來提高系統的可靠性。并將相關技術路線做出簡要說明，希望可以對電力專業其他工作者有所幫助。