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电站负荷与电力变压器容量、台数选择的效益分析
xiao_xiao1 发表于 2009/10/15 13:19:38 1154 查看 0 回复 [上一主题] [下一主题]
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1引言
电力系统为满足社会用电量和供电安全可靠性的要求，在变电站建设、扩建和变压器增容等具体工作中，首要考虑的因素是根据变电站的供电负荷选择变压器的容量（1）和使用台数；容量选择过大，增加变压器本身和相关设备购置和安装、运行维护的投入，造成资金浪费；容量选择过小，不能满足供电的需求，使变压器过载运行，造成设备损坏，影响变电站对外安全可靠供电；而数量偏少不能满足接线方式和供电可靠性的要求，影响检修和缺少必要的备用；数量太多，增加配套设施投入，变电站布置困难，增加检修维护工作量，变压器容量和数量选择得当，不仅节约建设的一次性投资，而且能够有利于变压器的安全经济运行，减少运行、维护的费用；本文结合变压器检修运行的相关规程制度，结合作者现场工作的实际经验，提出变压器容量和台数选择遵循的原则及其经济运行的条件和要求，对不同的方案进行经济技术和安全性比较，分析变压器容量和台数选择所要考虑的因素，对供电负荷和变压器的容量、台数确定进行综合的安全和效益分析。
2电力变压器容量、台数选择遵循的原则
变电站内变压器容量和台数是影响电网结构、供电安全可靠性和经济性的重要因素（2），而容量大小和台数多少的选择往往取决于区域负荷的现状和增长速度，取决于一次性建设投资的大小，取决于周围上一级电网或电厂提供负载的能力，取决于与之相联结的配电装置技术和性能指标，取决于负荷本身的性质和对供电可靠性要求的高低，取决于变压器单位容量造价、系统短路容量和运输安装条件等等，近几年随着变压器制造技术的不断提高，变压器自身质量和安全运行水平大幅度提高；变压器空载损耗下降的幅度大，变压器经济运行的负载率得到不断降低；又国家节能减排政策，鼓励企业开展经济运行工作；建设、扩建和变压器增容的台数和容量的选择，国内尚无明确具体的规定，也是随技术水平提高不断完善的一个系统工程，一般根据常规经验和规划者的观点来进行；结合相关规程制度，作者认为一般都应考虑如下因素：
（1）变压器额定容量应能满足供电区域内用电负荷的需要，即满足全部用电设备总计算负荷的需要，避免变压器长期处于过负荷状态运行。新建变电站变压器容量应满足5~10年规划负荷的需要，防止不必要的扩建和增容，也减少因为扩建增容造成的大面积和长时间停电；对较高可靠性供电要求的变电站一次最好投入两台变压器，变压器正常的负载率不大于50%为最好。
（2）对于供电区域内有重要用户的变电站，应考虑一台变压器在故障或停电检修状态下，其它变压器在计及过负荷能力后的允许时间内，保证用户的一级和二级负荷，对一般负荷的变电站，任何一台变压器停运，应能保证全部负荷的70%~80%的电力供应不受影响，城区变电站变压器台数和容量应满足N-1的要求。
（3）虽然大容量变压器单位容量造价低，在高负荷密度供电区域建设大容量变电站能够节省投资，容量越大，效果就越明显；但为保证供电运行方式灵活，应考虑采用多台变压器，单台变压器容量的选择不宜过大和过小，要预留负荷发展而扩建的可能，实现变电站容量由小到大，变压器的台数由少到多；城区变电站3台变压器供电的运行方式最为灵活可靠。
（4）为保证变电站运行方式灵活可靠，减少和方便备用容量储备，便于与相联结配电装置的配合，便于检修维护，达到变电站整体规范统一，选择变压器容量的种类应尽量减少，一般不超过两种，在此，建议对城市供电的一个变电站内最好统一变压器容量等级。
（5）在一定容量范围内，容量增大变损降低，但节约的电费可能难以补偿投资费用的增加，与之配套的开关等设备的开断能力的要求大，所以变压器容量的选择要考虑变压器及其配套装置的一次性投资(3)，执行国家降损节能政策，必要时，要进行经济运行方式的计算。
（6）由于供电企业要求城区供电满足N-1的可靠性准则，变压器容量的选择，除符合上述条件外，要考虑事故和检修状态下，减少供电引起的经济损失和对社会的影响，最少应满足一台变压器停电后，部分负荷可以调至周围变电站，而不影响对全部用户的正常用电需求。
（7）对供电企业变电站密集区，由于变电站之间存在联络供电线路，变电站之间可以拉手互供，变压器的容量选择可以适当减小，正常条件下分区域各自供电，当不能满足供电输出时，可以靠周边的变电站通过联络线带部分负荷，但最终要考虑增加变电站布点或增加变压器台数来逐步满足负荷供出的要求。
（8）对低压侧有发电机组并网的变电站，变压器容量也可以适当减小，但容量选择时要考虑：①满足发电机组的额定容量在区域负荷最小时，能够通过变压器向电力系统正常输出，变压器的容量必须大于机组发电容量；②变压器和发电机组的额定容量之和大于该地区的最大负荷；③发电机组停运，变压器应能保证全部负荷的70%~80%的电力供应不受影响，并保证一级和二级负荷正常用电；④与上一级电网的设备参数配合得当，满足系统短路容量的要求。
3电力变压器经济运行应具备的条件和要求
电力变压器经济运行是在确保变压器安全运行和满足对用户供电质量和可靠性的基础上，充分利用变电站的设备条件，择优选取变压器的运行方式，降低变压器本身的能量损耗，提高其电源侧的功率因数，实现降损节能的目标。供电负荷与变压器容量和台数的确定，关系到变压器经济运行的方式；实施变压器经济运行与变电站内变压器的台数、容量和变压器自身性能和损耗参数密切相关，是建立在确保安全可靠供电前提下的一项综合经济技术活动，贯穿电力变压器从设计选型、运行检修到退役的整个过程；在变电站建设、扩建和变压器增容时就要考虑其相关的因素和条件；实施变压器经济运行，就变压器和变电站设备本身一般应具备和满足以下条件，在变压器设计和选型时应充分给予考虑。
（1）新建变电站分期建设，考虑负荷的增长，首期只有一台变压器时，要结合最终规模确定变压器的容量，变压器的负载率应贴近最佳经济运行区域，一般在75%以下为最佳，若短期内不进行扩建，变压器不宜满负荷运行。
（2）并列运行的多台变压器应满足并联条件，即联结组别与相位关系相同；电压和变压比相同，允许偏差相同，调压范围内的每级电压相同；防止二次绕组之间因存在电动势差，产生循环电流，影响容量输出和烧坏变压器。短路阻抗相同，控制在10%的允许偏差范围内(1)；容量比在0.5~2之间；保证负荷分配均匀，防止短路阻抗和容量小的变压器过载，而容量大和短路阻抗大的变压器欠载，短路阻抗的大小必须满足系统短路电流的要求，否则应采取限制措施。
（3）选用电力变压器的技术参数，应以变压器整体的可靠性为基础，综合考虑技术参数的先进性和合理性，兼顾对系统安全的影响，充分考虑变压器自身固有的综合损耗，在负载损耗基本相同时，尽量选用空载损耗小的变压器，负载损耗满足国标《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》(4)。
（4）电力变压器在负载区域运行时，其绕组、线夹、引线、绝缘油及绝缘部件的温度不宜过高，在变压器负载导则规定的温度限值内，避免高温度下运行，绝缘老化加快而缩短变压器的寿命和引发损坏事故(3)。也要防止变压器高温度运行，引起变压器自身损耗过大，影响输出效率，造成不必要的电能浪费。
（5）在装有备用变压器的变电站，要选择综合功率损耗（应该把变压器的冷却功率计算在内）小的变压器投入运行，要按负载的变化规律，合理选择最佳组合方式，要通过调整负载，提高负荷率，提高功率因数，使变压器在经济运行区的优选段内工作。
（6）单台变压器经济运行区平均负载系数，β的上限为1，下限为Pk/Po，(其中Pk为变压器空载损耗，Po为额定负载损耗)；经济运行区优选运行段的平均负载系数，β的上限为0.75，下限为1.33（Pk/Po）。
（7）变压器经济运行必须建立在安全可靠供电的前提条件下，备用变压器应有可靠的自动投入装置相配套，保证在相临变压器故障时自动投入运行，确保不中断正常供电。
（8）安排变压器并列运行方式，要对联络开关的额定折断容量进行核算，防止系统短路故障时因开关遮断容量不足而损坏设备，影响故障点的自动隔离；分列运行的母线联络开关备用电源自投动作时，应能自动断开接入母线侧的其它电源的开关。
4实例1：变电站的季节性负荷与变压器的容量选择
某农业变电站，共110kV、35kV和10kV三个电压等级，正常负荷为11MW，在农灌时负荷达到50MW；变电站改造时，我们考虑正常负荷时变压器运行的时间长，每年300天左右，变压器的容量选择无须过大，同时又要满足农灌高负荷的需要，容量又不能太小，所以选择安装两台变压器的方式，变压器型式为SFSZ7-31500/110，变压器的额定容量比为31500/31500/31500；变电站有两条110kV线路供电，正常运行方式为1条110kV线路主供，1台变压器运行，另一条线路单向备用电源自投，两台变压器的损耗性能参数如表1所示。
表1某农业变电站变压器损耗参数比较表
变压器名称 | 容量 （kVA） | 空载损耗P0（kW） | 负载损耗（kW） | |
甲变（1#） | 31500 | 31.8 | 高-中 | 147.7 |
高-低 | 143.8- | |||
中-低 | 121.7 | |||
乙变（2#） | 31500 | 31.8 | 高-中 | 146.9 |
高-低 | 143.4 | |||
中-低 | 119.32 | |||