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摘 要: 在对配电变压器功率损耗与电能转换效率相关概念进行简单阐述后,从优选节能型配电变压器、合理分配联合运行配电变压器容量、优化调整配电变压器三相负荷平衡度、合理采取无功补偿措施、合理调节配电变压器的负荷分接开关等方面,详细探讨了配电变压器经济调度运行的技术措施。
关键词: 配电变压器;经济调度;节能降耗
配电变压器是供配电网中非常重要的核心设备,其在变压和传递功率的过程中,由于自身存在阻抗要产生有功功率和无功功率损耗。加上配电变压器在供配电网中的总台数非常多,其损耗总容量相对也非常大。据一些统计资料表明,在供配电网系统中,整个发、供、用电过程中变压器总电能损耗大约占整个电力系统供电容量的5%左右。近年来,随着工农业经济的快速发展,能源短缺以及环境压力的逐步增大,节能降耗已成为电力系统提高自身竞争力,实现可持续稳定发展的重要战略。开展配电变压器经济调度运行研究,已成为电力系统节能降耗公认的非常重要的组成部分,非常具有工程实践应用研究意义。
1 配电变压器功率损耗与电能转换效率
在运行过程中,空载损耗和负载损耗共同组成配电变压器的有功功率损耗,其中:空载损耗是一个常数,它基本不随配电变压器负载率的波动而变化;而负载损耗则是一个波动值,与配电变压器负载电流的平方则基本成正比例关系。单台双绕组配电变压器其电能转换效率为变压器输出功率与输入功率的百分比值。配电变压器的电能转换效率与二次负载的性质及运行工况特性等有关,即当配电变压器的负载损耗与空载损耗处于相同值时,则可以认为此工况下配电变压器的电能转换效率最高。考虑到变压器运行过程中的负荷利用率,通常配电变压器经济运行范围为1/4~1/3,故可以根据系统运行情况及时调整配电变压器负载大小及运行工况,以控制配电变压器的二次电流,进而将配电变压器的损耗有效控制在较低的范围内,使其长期处于经济运行工况,达到节能降耗的目的。为了降低供配电网络的电能损耗,达到最佳节能降耗效果,对于2台及以上配电变压器共同联合运行时,应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。2台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系曲线详见。
从图1可知,当配电变压器负载小于或等于Sa时,则投运1台配电变压器较为节能经济;当负载大于Sa而小于Sb时,则投运2台配电变压器较为节能经济;当负载大于或等于Sb时,则投运3台配电变压器较为经济。也就是说在2台及以上配电变压器联合经济调度运行过程中,Sa、Sb等就称为系统经济调度运行的临界负荷,也是电能分配调度人员重点关注的关键工况点。
2 配电变压器经济调度运行技术措施
2.1 优选节能型配电变压器
在配电变压器选择过程中,应从技术、经济等方面进行综合比对分析,优选S11、S13或非晶合金节能型配电变压器,其空载损耗要比S9系列配电变压器降低25~30%,不仅节能效果较为明显,且其运行费用也较低、检修维护也较方便。但由于节能型配电变压器其制造成本相对较高,在优选过程中,要充分考虑工程建设投资资金等因素,以其获得较为优越的性价比和节能效益。
2.2 合理分配联合运行配电变压器容量
多台变压器联合运行在供配电系统中较为常见,根据负荷波动特性合理分配联合运行配电变压器的容量,以满足最佳经济运行区的配电变压器向电力用户供电,是降低联合运行配电变压器运行损耗的一项非常重要的技术措施。供配电网负荷随气候、白昼、季节、节假日等因素的影响较大,尤其对于农村供配电网而言,很多配电变压器高峰负荷持续时间较短而轻负荷持续时间则较长,如果按照最大负荷选择配电变压器容量并采用常规的直接供电运行工况,则会长时间处于“大马拉小车”问题;若按照长时期轻负荷来选择配电变压器容量,则当变压器运行在高峰负荷区时,则会出现“严重过负荷”问题。为了确保供电的安全可靠性,同时达到节能降耗的效果,应结合供配电网的实际特性,采取2台及以上配电变压器联合运行,并合理确定不同变压器容量,以降低配电变压器在运行过程中的有功功率损耗。配电变压器容量与临界负荷率间的关系曲线可以看出,对于S11系列节能型配电变压器而言,如果容量为500kVA,则其临界负载系数大约为0.133;800kVA为0.128;1000kVA为0.11;1600kVA为0.115;2000kVA为0.102。根据配电变压器负载临界系数关系,合理求出配电变压器高峰负荷运行时间,若实际运行过程中的高峰负荷持续时间小于配电变压器经济调度运行的高峰负荷运行时间时,则选择容量较小的配电变压器较为合理;若实际运行过程中的高峰负荷持续时间大于配电变压器经济调度运行的高峰负荷运行时间时,则选择容量较大的配电变压器较为合理。合理选择和分配联合经济调度运行配电变压器的容量,可以有效减少配电变压器在运行过程中的有功功率损耗,进而实现联合变压器的节能经济调度运行。
2.3 优化调整配电变压器三相负荷平衡度
当配电变压器三相负荷平衡时,其负载损耗为I2R的3倍;而当三相负荷不平衡时,则负载损耗为(I2a+I2b+I2c)R。当变压器调度运行处于三相最大不平衡运行工况时,即此工况下Ia=3I,Ib=0,Ic=0,则在相同负载条件下,配电变压器的负载损耗为9I2R,是三相平衡运行工况损耗的3倍。同理可知,当配电变压器处于三相最大不平衡运行工况时,配电变压器的无功功率损耗也是三相平衡运行工况时的3倍。因此,相关规程明确规定,配电变压器的出口处的三相电流不平衡度不能大于10%,相应干支及分支线路的出口处的三相不平衡度不能大约20%。通过加强供配电网的结构的升级改造,合理规划布设供配电网,确保电网三相负荷长期处于三相平衡运行工况附近,以达到节能降耗的目的。同时,要加上电网负荷端的测试,通过定期三相电流平衡度测量,及时发现存在的问题,并合理调配负荷,加强负荷管理,确保配电变压器三相处于平衡运行工况。另外,应结合在线监测等信息化系统,长期观测配电变压器的实时运行工况,及时进行配电变压器三相负荷调度分配,达到节能降耗经济调度运行的目的。
2.4 合理采取无功补偿措施
根据供配电系统负荷波动特性,合理的增加无功补偿装置(如:SVC、SVG等)和科学的选择无功补偿装置分布位置,采取变电所集中补偿和电力负荷就地补偿等多种补偿措施,不但可以降低供配电系统的损耗,同时可以提高变压器功率因素,降低配电变压器自身运行过程中的有功损耗,提高配电变压器的电能输出功率,达到节能降耗经济调度运行的效果。
2.5 合理調节配电变压器的负荷分接开关
供配电所、变配电台区运行人员应经常观测变压器运行电压和负荷波动情况,及时准确合理的调节配电变压器的负荷分接开关,使配电变压器自身能够保持在额定电压下经济运行,这样一方面可以减少配电变压器及供配电系统的电量损失,增加供配电企业电能运行经济效益;另一方面,可以提高供电电能质量水平,更好地为电力用户提供优质的服务。
3 结束语
通过上述计算和分析,供配电企业开展配电变压器经济调度运行工作,其所取得的节能经济效益相当可观,可以有效降低供配电系统线损,增加供电企业电能运营经济效益。在新电力市场环境中,供电企业应坚持以安全调度为基础,优质服务为核心,节能经济调度为手段,狠抓供配电网系统的经济调度工作,有效提高自身在市场经济中的竞争力。
参考文献:
[1]劭斌、黄梅生,变压器的经济运行与降损节能[J].电力学报,2001(03):217-219.
[2]龙浩然,浅谈非晶合金变压器的运用与推广[J].广西电业,2007(12):121-123.
[3]胡景生,变压器能效与节电技术[M].北京:机械工业出版社,2007.
关键词: 配电变压器;经济调度;节能降耗
配电变压器是供配电网中非常重要的核心设备,其在变压和传递功率的过程中,由于自身存在阻抗要产生有功功率和无功功率损耗。加上配电变压器在供配电网中的总台数非常多,其损耗总容量相对也非常大。据一些统计资料表明,在供配电网系统中,整个发、供、用电过程中变压器总电能损耗大约占整个电力系统供电容量的5%左右。近年来,随着工农业经济的快速发展,能源短缺以及环境压力的逐步增大,节能降耗已成为电力系统提高自身竞争力,实现可持续稳定发展的重要战略。开展配电变压器经济调度运行研究,已成为电力系统节能降耗公认的非常重要的组成部分,非常具有工程实践应用研究意义。
1 配电变压器功率损耗与电能转换效率
在运行过程中,空载损耗和负载损耗共同组成配电变压器的有功功率损耗,其中:空载损耗是一个常数,它基本不随配电变压器负载率的波动而变化;而负载损耗则是一个波动值,与配电变压器负载电流的平方则基本成正比例关系。单台双绕组配电变压器其电能转换效率为变压器输出功率与输入功率的百分比值。配电变压器的电能转换效率与二次负载的性质及运行工况特性等有关,即当配电变压器的负载损耗与空载损耗处于相同值时,则可以认为此工况下配电变压器的电能转换效率最高。考虑到变压器运行过程中的负荷利用率,通常配电变压器经济运行范围为1/4~1/3,故可以根据系统运行情况及时调整配电变压器负载大小及运行工况,以控制配电变压器的二次电流,进而将配电变压器的损耗有效控制在较低的范围内,使其长期处于经济运行工况,达到节能降耗的目的。为了降低供配电网络的电能损耗,达到最佳节能降耗效果,对于2台及以上配电变压器共同联合运行时,应根据系统负荷波动情况建立联合经济调度运行模式。2台及以上配电变压器损耗功率与负载波动间的关系曲线详见。
从图1可知,当配电变压器负载小于或等于Sa时,则投运1台配电变压器较为节能经济;当负载大于Sa而小于Sb时,则投运2台配电变压器较为节能经济;当负载大于或等于Sb时,则投运3台配电变压器较为经济。也就是说在2台及以上配电变压器联合经济调度运行过程中,Sa、Sb等就称为系统经济调度运行的临界负荷,也是电能分配调度人员重点关注的关键工况点。
2 配电变压器经济调度运行技术措施
2.1 优选节能型配电变压器
在配电变压器选择过程中,应从技术、经济等方面进行综合比对分析,优选S11、S13或非晶合金节能型配电变压器,其空载损耗要比S9系列配电变压器降低25~30%,不仅节能效果较为明显,且其运行费用也较低、检修维护也较方便。但由于节能型配电变压器其制造成本相对较高,在优选过程中,要充分考虑工程建设投资资金等因素,以其获得较为优越的性价比和节能效益。
2.2 合理分配联合运行配电变压器容量
多台变压器联合运行在供配电系统中较为常见,根据负荷波动特性合理分配联合运行配电变压器的容量,以满足最佳经济运行区的配电变压器向电力用户供电,是降低联合运行配电变压器运行损耗的一项非常重要的技术措施。供配电网负荷随气候、白昼、季节、节假日等因素的影响较大,尤其对于农村供配电网而言,很多配电变压器高峰负荷持续时间较短而轻负荷持续时间则较长,如果按照最大负荷选择配电变压器容量并采用常规的直接供电运行工况,则会长时间处于“大马拉小车”问题;若按照长时期轻负荷来选择配电变压器容量,则当变压器运行在高峰负荷区时,则会出现“严重过负荷”问题。为了确保供电的安全可靠性,同时达到节能降耗的效果,应结合供配电网的实际特性,采取2台及以上配电变压器联合运行,并合理确定不同变压器容量,以降低配电变压器在运行过程中的有功功率损耗。配电变压器容量与临界负荷率间的关系曲线可以看出,对于S11系列节能型配电变压器而言,如果容量为500kVA,则其临界负载系数大约为0.133;800kVA为0.128;1000kVA为0.11;1600kVA为0.115;2000kVA为0.102。根据配电变压器负载临界系数关系,合理求出配电变压器高峰负荷运行时间,若实际运行过程中的高峰负荷持续时间小于配电变压器经济调度运行的高峰负荷运行时间时,则选择容量较小的配电变压器较为合理;若实际运行过程中的高峰负荷持续时间大于配电变压器经济调度运行的高峰负荷运行时间时,则选择容量较大的配电变压器较为合理。合理选择和分配联合经济调度运行配电变压器的容量,可以有效减少配电变压器在运行过程中的有功功率损耗,进而实现联合变压器的节能经济调度运行。
2.3 优化调整配电变压器三相负荷平衡度
当配电变压器三相负荷平衡时,其负载损耗为I2R的3倍;而当三相负荷不平衡时,则负载损耗为(I2a+I2b+I2c)R。当变压器调度运行处于三相最大不平衡运行工况时,即此工况下Ia=3I,Ib=0,Ic=0,则在相同负载条件下,配电变压器的负载损耗为9I2R,是三相平衡运行工况损耗的3倍。同理可知,当配电变压器处于三相最大不平衡运行工况时,配电变压器的无功功率损耗也是三相平衡运行工况时的3倍。因此,相关规程明确规定,配电变压器的出口处的三相电流不平衡度不能大于10%,相应干支及分支线路的出口处的三相不平衡度不能大约20%。通过加强供配电网的结构的升级改造,合理规划布设供配电网,确保电网三相负荷长期处于三相平衡运行工况附近,以达到节能降耗的目的。同时,要加上电网负荷端的测试,通过定期三相电流平衡度测量,及时发现存在的问题,并合理调配负荷,加强负荷管理,确保配电变压器三相处于平衡运行工况。另外,应结合在线监测等信息化系统,长期观测配电变压器的实时运行工况,及时进行配电变压器三相负荷调度分配,达到节能降耗经济调度运行的目的。
2.4 合理采取无功补偿措施
根据供配电系统负荷波动特性,合理的增加无功补偿装置(如:SVC、SVG等)和科学的选择无功补偿装置分布位置,采取变电所集中补偿和电力负荷就地补偿等多种补偿措施,不但可以降低供配电系统的损耗,同时可以提高变压器功率因素,降低配电变压器自身运行过程中的有功损耗,提高配电变压器的电能输出功率,达到节能降耗经济调度运行的效果。
2.5 合理調节配电变压器的负荷分接开关
供配电所、变配电台区运行人员应经常观测变压器运行电压和负荷波动情况,及时准确合理的调节配电变压器的负荷分接开关,使配电变压器自身能够保持在额定电压下经济运行,这样一方面可以减少配电变压器及供配电系统的电量损失,增加供配电企业电能运行经济效益;另一方面,可以提高供电电能质量水平,更好地为电力用户提供优质的服务。
3 结束语
通过上述计算和分析,供配电企业开展配电变压器经济调度运行工作,其所取得的节能经济效益相当可观,可以有效降低供配电系统线损,增加供电企业电能运营经济效益。在新电力市场环境中,供电企业应坚持以安全调度为基础,优质服务为核心,节能经济调度为手段,狠抓供配电网系统的经济调度工作,有效提高自身在市场经济中的竞争力。
参考文献:
[1]劭斌、黄梅生,变压器的经济运行与降损节能[J].电力学报,2001(03):217-219.
[2]龙浩然,浅谈非晶合金变压器的运用与推广[J].广西电业,2007(12):121-123.
[3]胡景生,变压器能效与节电技术[M].北京:机械工业出版社,2007.