小區配電變壓器的節能運行方案

本文提出兩臺配電變壓器按照日負荷曲線運行方案，并對該方案的節能效果和投資效益進行分析。
　　1 住宅小區現行配變運行方案
　　住宅小區的負荷特點是峰谷差比較大，負荷率比較低（30%～40%），zui大負荷出現時間一般為17時至22時，zui小負荷一般出現在0時至5時?，F行的住宅小區供電方案大多是一個供電區域配置一臺變壓器，變壓器的額定容量按滿足區域zui大負荷選定，變壓器容量不能調整。由于變壓器容量越大，其空載損耗越高，所以，在負荷較小時使用大容量變壓器會出現“大馬拉小車”現象，不是經濟運行方案；一臺變壓器長期運行，出現故障時沒有備用變壓器，不符合“N-1”原則，影響供電可靠性。
　　2 兩臺容量相同的變壓器運行方案
　　 為了降低變壓器的損耗，將一個供電區域按照總容量要求配置2臺容量相等的變壓器，使2臺配變容量之和等于總容量。
　　 換言之，如果一供電區域需要配置1臺SN1 = 630 kVA的變壓器，則按照本文所述的方案，該供電區域可以配置2臺SN2 =315 kVA變壓器。
　　 SN1 = 2SN2
　　運行方案：平時一臺配變運行，負荷高峰時，再投運另一臺變壓器。如每天17時至22時兩臺變壓器并列運行，滿足峰值負荷要求，其余時段一臺變壓器供電。變壓器退出運行時，高壓和低壓側開關斷開。兩臺變壓器互為后備，當一臺變壓器故障或檢修時，另一臺變壓器可以供電，不會發生因變壓器故障造成供電區域全部停電的現象。運行原理如圖1所示。
　　3 節能效果分析
　　3.1 變壓器損耗計算公式
　　 有功損耗 ： △P ＝ P0 ＋ KTβ2PK
　　 無功損耗 ：△Q ＝ Q0 ＋ KTβ2QK
　　 綜合功率損耗：△PZ = △P + KQ△Q
　　 年電能損耗：△WZ = 8760×△PZRS3
　　 式中 Q0——空載無功損耗（kvar），Q0≈I0%SN；
　　 P0——空載損耗（kW）；
　　 PK——額定負載損耗（kW）；
　　 SN——變壓器額定容量（kVA）；
　　 I0%——變壓器空載電流百分比；
　　 b——負荷率，城鎮住宅小區估取30%～40%；
　　 KT——負載波動損耗系數，取KT＝1.05；
　　 QK——額定負載漏磁功率（kvar）， QK≈UK%SN；
　　 KQ——無功經濟當量（kW/kvar），對城市電網和工業企業電網的6～10kV降壓變壓器取系統zui小負荷時，其無功當量KQ =0.1 kW/kvar；
　　 RS3——供電可靠率，此處取99.9%；
　　3.2 兩臺變壓器日zui大并列運行時間
　　 用2臺小容量變壓器代替1臺大容量變壓器，2臺小變壓器并列運行時其綜合功率損耗大于1臺大變壓器綜合功率損耗。因此，2臺小變壓器日并列運行時間不能大于T，否則，電能損耗高于1臺大容量變壓器電能損耗，該方案不能使用。
　　 經過推導得出2臺變壓器日zui大并列運行時間
　　 T < 24（△PZ1/△PZ2 - 1）
　　 式中△PZ1、△PZ2——大變壓器和小變壓器的綜合功率損耗，由上式求出。
　　3.3 損耗計算
　　 應用上式，分別計算出S11-R-315/10 與S11-R-630/10 配電變壓器的有功損耗、無功損耗、綜合功率損耗和年電能損耗，負荷率取40%，供電可靠率取99.9%。負荷率與有功損耗和無功損耗成平方關系，負荷率是變壓器經濟運行的重要參數。表1為部分配電變壓器損耗參數表。
　　表1　配電變壓器損耗參數表
　　

　　表2　節能效果對比表
　　

　　 從表2可知，用2臺小變壓器取代1臺大變壓器供電方案有比較好的節能效果，變壓器容量越大，節能效果越明顯。假設1個縣城有10個2×S11-R-315配置供電臺區和10個2×S11-R-160配置供電臺區，每年能節約100MWh左右的電能，有明顯的推廣應用價值。
　　4 設備配置和投資估算
　　兩臺容量相同變壓器配置方案按照安裝方式不同可分為戶外柱上安裝方式、戶內配電室安裝方式和箱式變安裝方式，關鍵設備有變壓器高壓和低壓側斷路器，變壓器自動投切控制器。
　　4.1 斷路器設備
　　 斷路器設備應具備遙控、遙信接口，每天能夠進行合分操作1至2次。
　　戶外柱上安裝方式每臺變壓器高壓側配置1臺電動負荷斷路器，每臺變壓器低壓側配置1臺斷路器，斷路器類型與單臺變壓器供電方案相同。為了節省投資，一臺長期運行的變壓器高壓側可以不配負荷斷路器。
　　戶內配電室安裝方式和箱式變安裝方式中斷路器類型與單臺變壓器供電方案相同。在戶內配電室設計時，有的配電室已經按2臺配變設計，這樣的配電室很容易實現2臺配變按日負荷曲線運行方案。
　　4.2 變壓器自動投切控制器
　　變壓器自動投切控制器要求具備根據負荷大小自動合分相應變壓器高低壓斷路器的功能。此功能可以集成于負荷管理終端、變壓器監控終端或無功補償控制器中，因為此三種終端設備已經具備負荷測量等功能，尤其是具有交流采樣功能的負荷管理終端，稍加改動就可用于變壓器自動投切，這樣的控制器軟硬件平臺穩定，開發工作量小，功能集成，一機多用，節省用戶投資。
　　4.3 新增投資與回收期估算
　　 下面以2臺 S11-R-315配置方案為例估算新增投資和回收期。新增投資是指2臺315 kvA變壓器方案比1臺630kvA變壓器方案增加的投資。
　　 表3　新增投資與回收期估算表
　　

　　從3表可以看出，戶外柱上方式投資較大，回收期較長，主要投資花費在高壓側斷路器上，如果能開發出廉價的新型斷路器，該方案還可以采用。配電室方式和箱式變方式投資較少，應該優先采用本文所述的方案。如果配電室原設計方案已經按2臺變壓器配置，采用本文所述方案的優勢更明顯。
　　從2臺小變壓器與1臺大變壓器的投資差價而言，2臺S11-R-315的價格與1臺S11-R-630的價格相當，而2臺S11-R-160的價格比1臺S11-R-315的價格貴1萬多元。所以，630kVA以上的大容量變壓器更換為2臺小容量變壓器比較節省投資。