小區(qū)配電變壓器的節(jié)能運(yùn)行方案

本文提出兩臺(tái)配電變壓器按照日負(fù)荷曲線運(yùn)行方案，并對(duì)該方案的節(jié)能效果和投資效益進(jìn)行分析。
　　1 住宅小區(qū)現(xiàn)行配變運(yùn)行方案
　　住宅小區(qū)的負(fù)荷特點(diǎn)是峰谷差比較大，負(fù)荷率比較低（30%～40%），zui大負(fù)荷出現(xiàn)時(shí)間一般為17時(shí)至22時(shí)，zui小負(fù)荷一般出現(xiàn)在0時(shí)至5時(shí)。現(xiàn)行的住宅小區(qū)供電方案大多是一個(gè)供電區(qū)域配置一臺(tái)變壓器，變壓器的額定容量按滿足區(qū)域zui大負(fù)荷選定，變壓器容量不能調(diào)整。由于變壓器容量越大，其空載損耗越高，所以，在負(fù)荷較小時(shí)使用大容量變壓器會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，不是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案；一臺(tái)變壓器長(zhǎng)期運(yùn)行，出現(xiàn)故障時(shí)沒(méi)有備用變壓器，不符合“N-1”原則，影響供電可靠性。
　　2 兩臺(tái)容量相同的變壓器運(yùn)行方案
　　 為了降低變壓器的損耗，將一個(gè)供電區(qū)域按照總?cè)萘恳笈渲?臺(tái)容量相等的變壓器，使2臺(tái)配變?nèi)萘恐偷扔诳側(cè)萘俊?br />　　 換言之，如果一供電區(qū)域需要配置1臺(tái)SN1 = 630 kVA的變壓器，則按照本文所述的方案，該供電區(qū)域可以配置2臺(tái)SN2 =315 kVA變壓器。
　　 SN1 = 2SN2
　　運(yùn)行方案：平時(shí)一臺(tái)配變運(yùn)行，負(fù)荷高峰時(shí)，再投運(yùn)另一臺(tái)變壓器。如每天17時(shí)至22時(shí)兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，滿足峰值負(fù)荷要求，其余時(shí)段一臺(tái)變壓器供電。變壓器退出運(yùn)行時(shí)，高壓和低壓側(cè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。兩臺(tái)變壓器互為后備，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障或檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器可以供電，不會(huì)發(fā)生因變壓器故障造成供電區(qū)域全部停電的現(xiàn)象。運(yùn)行原理如圖1所示。
　　3 節(jié)能效果分析
　　3.1 變壓器損耗計(jì)算公式
　　 有功損耗 ： △P ＝ P0 ＋ KTβ2PK
　　 無(wú)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(wú)功損耗（kvar），Q0≈I0%SN；
　　 P0——空載損耗（kW）；
　　 PK——額定負(fù)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(fù)荷率，城鎮(zhèn)住宅小區(qū)估取30%～40%；
　　 KT——負(fù)載波動(dòng)損耗系數(shù)，取KT＝1.05；
　　 QK——額定負(fù)載漏磁功率（kvar）， QK≈UK%SN；
　　 KQ——無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量（kW/kvar），對(duì)城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的6～10kV降壓變壓器取系統(tǒng)zui小負(fù)荷時(shí)，其無(wú)功當(dāng)量KQ =0.1 kW/kvar；
　　 RS3——供電可靠率，此處取99.9%；
　　3.2 兩臺(tái)變壓器日zui大并列運(yùn)行時(shí)間
　　 用2臺(tái)小容量變壓器代替1臺(tái)大容量變壓器，2臺(tái)小變壓器并列運(yùn)行時(shí)其綜合功率損耗大于1臺(tái)大變壓器綜合功率損耗。因此，2臺(tái)小變壓器日并列運(yùn)行時(shí)間不能大于T，否則，電能損耗高于1臺(tái)大容量變壓器電能損耗，該方案不能使用。
　　 經(jīng)過(guò)推導(dǎo)得出2臺(tái)變壓器日zui大并列運(yùn)行時(shí)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(jì)算
　　 應(yīng)用上式，分別計(jì)算出S11-R-315/10 與S11-R-630/10 配電變壓器的有功損耗、無(wú)功損耗、綜合功率損耗和年電能損耗，負(fù)荷率取40%，供電可靠率取99.9%。負(fù)荷率與有功損耗和無(wú)功損耗成平方關(guān)系，負(fù)荷率是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要參數(shù)。表1為部分配電變壓器損耗參數(shù)表。
　　表1　配電變壓器損耗參數(shù)表
　　

　　表2　節(jié)能效果對(duì)比表
　　

　　 從表2可知，用2臺(tái)小變壓器取代1臺(tái)大變壓器供電方案有比較好的節(jié)能效果，變壓器容量越大，節(jié)能效果越明顯。假設(shè)1個(gè)縣城有10個(gè)2×S11-R-315配置供電臺(tái)區(qū)和10個(gè)2×S11-R-160配置供電臺(tái)區(qū)，每年能節(jié)約100MWh左右的電能，有明顯的推廣應(yīng)用價(jià)值。
　　4 設(shè)備配置和投資估算
　　兩臺(tái)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(nèi)配電室安裝方式和箱式變安裝方式，關(guān)鍵設(shè)備有變壓器高壓和低壓側(cè)斷路器，變壓器自動(dòng)投切控制器。
　　4.1 斷路器設(shè)備
　　 斷路器設(shè)備應(yīng)具備遙控、遙信接口，每天能夠進(jìn)行合分操作1至2次。
　　戶外柱上安裝方式每臺(tái)變壓器高壓側(cè)配置1臺(tái)電動(dòng)負(fù)荷斷路器，每臺(tái)變壓器低壓側(cè)配置1臺(tái)斷路器，斷路器類型與單臺(tái)變壓器供電方案相同。為了節(jié)省投資，一臺(tái)長(zhǎng)期運(yùn)行的變壓器高壓側(cè)可以不配負(fù)荷斷路器。
　　戶內(nèi)配電室安裝方式和箱式變安裝方式中斷路器類型與單臺(tái)變壓器供電方案相同。在戶內(nèi)配電室設(shè)計(jì)時(shí)，有的配電室已經(jīng)按2臺(tái)配變?cè)O(shè)計(jì)，這樣的配電室很容易實(shí)現(xiàn)2臺(tái)配變按日負(fù)荷曲線運(yùn)行方案。
　　4.2 變壓器自動(dòng)投切控制器
　　變壓器自動(dòng)投切控制器要求具備根據(jù)負(fù)荷大小自動(dòng)合分相應(yīng)變壓器高低壓斷路器的功能。此功能可以集成于負(fù)荷管理終端、變壓器監(jiān)控終端或無(wú)功補(bǔ)償控制器中，因?yàn)榇巳N終端設(shè)備已經(jīng)具備負(fù)荷測(cè)量等功能，尤其是具有交流采樣功能的負(fù)荷管理終端，稍加改動(dòng)就可用于變壓器自動(dòng)投切，這樣的控制器軟硬件平臺(tái)穩(wěn)定，開(kāi)發(fā)工作量小，功能集成，一機(jī)多用，節(jié)省用戶投資。
　　4.3 新增投資與回收期估算
　　 下面以2臺(tái) 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(tái)315 kvA變壓器方案比1臺(tái)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(zhǎng)，主要投資花費(fèi)在高壓側(cè)斷路器上，如果能開(kāi)發(fā)出廉價(jià)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(yīng)該優(yōu)先采用本文所述的方案。如果配電室原設(shè)計(jì)方案已經(jīng)按2臺(tái)變壓器配置，采用本文所述方案的優(yōu)勢(shì)更明顯。
　　從2臺(tái)小變壓器與1臺(tái)大變壓器的投資差價(jià)而言，2臺(tái)S11-R-315的價(jià)格與1臺(tái)S11-R-630的價(jià)格相當(dāng)，而2臺(tái)S11-R-160的價(jià)格比1臺(tái)S11-R-315的價(jià)格貴1萬(wàn)多元。所以，630kVA以上的大容量變壓器更換為2臺(tái)小容量變壓器比較節(jié)省投資。