電力試驗設備，電站負荷與電力變壓器容量、臺數選擇的效益分析
摘要：針對供電區域內變電站供出負荷的情況，對變壓器型式、數量及容量的選擇和其經濟運行的條件及要求進行 效益對比分析，結合現場實際運行實例，介紹電力變壓器實施經濟運行與容量、數量選擇之間的 和經濟效益關系，提出相關注意事項。
關鍵詞：變電站；負荷；變壓器；容量選擇；經濟運行
1引言
電力系統為滿足社會用電量和供電 可靠性的要求，在變電站建設、擴建和變壓器增容等具體工作中，首要考慮的因素是根據變電站的供電負荷選擇變壓器的容量（1）和使用臺數；容量選擇過大，增加變壓器本身和相關設備購置和安裝、運行維護的投入，造成資金浪費；容量選擇過小，不能滿足供電的需求，使變壓器過載運行，造成設備損壞，影響變電站對外 可靠供電；而數量偏少不能滿足接線方式和供電可靠性的要求，影響檢修和缺少必要的備用；數量太多，增加配套設施投入，變電站布置困難，增加檢修維護工作量，變壓器容量和數量選擇得當，不僅節約建設的一次性投資，而且能夠有利于變壓器的 經濟運行，減少運行、維護的費用；本文結合變壓器檢修運行的相關規程制度，結合作者現場工作的實際經驗，提出變壓器容量和臺數選擇遵循的原則及其經濟運行的條件和要求，對不同的方案進行經濟技術和 性比較，分析變壓器容量和臺數選擇所要考慮的因素，對供電負荷和變壓器的容量、臺數確定進行綜合的 和效益分析。
2電力變壓器容量、臺數選擇遵循的原則
變電站內變壓器容量和臺數是影響電網結構、供電 可靠性和經濟性的重要因素（2），而容量大小和臺數多少的選擇往往取決于區域負荷的現狀和增長速度，取決于一次性建設投資的大小，取決于周圍上一級電網或電廠提供負載的能力，取決于與之相聯結的配電裝置技術和性能指標，取決于負荷本身的性質和對供電可靠性要求的高低，取決于變壓器單位容量造價、系統短路容量和運輸安裝條件等等，近幾年隨著變壓器制造技術的不斷提高，變壓器自身質量和 運行水平大幅度提高；變壓器空載損耗下降的幅度大，變壓器經濟運行的負載率得到不斷降低；又國家節能減排政策，鼓勵企業開展經濟運行工作；建設、擴建和變壓器增容的臺數和容量的選擇，國內尚無明確具體的規定，也是隨技術水平提高不斷完善的一個系統工程，一般根據常規經驗和規劃者的觀點來進行；結合相關規程制度，作者認為一般都應考慮如下因素：
（1）變壓器額定容量應能滿足供電區域內用電負荷的需要，即滿足全部用電設備總計算負荷的需要，避免變壓器長期處于過負荷狀態運行。新建變電站變壓器容量應滿足5~10年規劃負荷的需要，防止不必要的擴建和增容，也減少因為擴建增容造成的大面積和長時間停電；對較高可靠性供電要求的變電站一次 好投入兩臺變壓器，變壓器正常的負載率不大于50%為 好。
（2）對于供電區域內有重要用戶的變電站，應考慮一臺變壓器在故障或停電檢修狀態下，其它變壓器在計及過負荷能力后的允許時間內，保證用戶的一級和二級負荷，對一般負荷的變電站，任何一臺變壓器停運，應能保證全部負荷的70%~80%的電力供應不受影響，城區變電站變壓器臺數和容量應滿足N-1的要求。
（3）雖然大容量變壓器單位容量造價低，在高負荷密度供電區域建設大容量變電站能夠節省投資，容量越大，效果就越明顯；但為保證供電運行方式靈活，應考慮采用多臺變壓器，單臺變壓器容量的選擇不宜過大和過小，要預留負荷發展而擴建的可能，實現變電站容量由小到大，變壓器的臺數由少到多；城區變電站3臺變壓器供電的運行方式 為靈活可靠。
（4）為保證變電站運行方式靈活可靠，減少和方便備用容量儲備，便于與相聯結配電裝置的配合，便于檢修維護，達到變電站整體規范統一，選擇變壓器容量的種類應盡量減少，一般不超過兩種，在此，建議對城市供電的一個變電站內 好統一變壓器容量等級。
（5）在一定容量范圍內，容量增大變損降低，但節約的電費可能難以補償投資費用的增加，與之配套的開關等設備的開斷能力的要求大，所以變壓器容量的選擇要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資(3)，執行國家降損節能政策，必要時，要進行經濟運行方式的計算。
（6）由于供電企業要求城區供電滿足N-1的可靠性準則，變壓器容量的選擇，除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態下，減少供電引起的經濟損失和對社會的影響， 少應滿足一臺變壓器停電后，部分負荷可以調至周圍變電站，而不影響對全部用戶的正常用電需求。
（7）對供電企業變電站密集區，由于變電站之間存在聯絡供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量選擇可以適當減小，正常條件下分區域各自供電，當不能滿足供電輸出時，可以靠周邊的變電站通過聯絡線帶部分負荷，但 終要考慮增加變電站布點或增加變壓器臺數來逐步滿足負荷供出的要求。
（8）對低壓側有發電機組并網的變電站，變壓器容量也可以適當減小，但容量選擇時要考慮：①滿足發電機組的額定容量在區域負荷 小時，能夠通過變壓器向電力系統正常輸出，變壓器的容量必須大于機組發電容量；②變壓器和發電機組的額定容量之和大于該地區的 大負荷；③發電機組停運，變壓器應能保證全部負荷的70%~80%的電力供應不受影響，并保證一級和二級負荷正常用電；④與上一級電網的設備參數配合得當，滿足系統短路容量的要求。
3電力變壓器經濟運行應具備的條件和要求
電力變壓器經濟運行是在確保變壓器運行和滿足對用戶供電質量和可靠性的基礎上，充分利用變電站的設備條件，擇優選取變壓器的運行方式，降低變壓器本身的能量損耗，提高其電源側的功率因數，實現降損節能的目標。供電負荷與變壓器容量和臺數的確定，關系到變壓器經濟運行的方式；實施變壓器經濟運行與變電站內變壓器的臺數、容量和變壓器自身性能和損耗參數密切相關，是建立在確保 可靠供電前提下的一項綜合經濟技術活動，貫穿電力變壓器從設計選型、運行檢修到退役的整個過程；在變電站建設、擴建和變壓器增容時就要考慮其相關的因素和條件；實施變壓器經濟運行，就變壓器和變電站設備本身一般應具備和滿足以下條件，在變壓器設計和選型時應充分給予考慮。
（1）新建變電站分期建設，考慮負荷的增長，首期只有一臺變壓器時，要結合 終規模確定變壓器的容量，變壓器的負載率應貼近 佳經濟運行區域，一般在75%以下為 佳，若短期內不進行擴建，變壓器不宜滿負荷運行。
（2）并列運行的多臺變壓器應滿足并聯條件，即聯結組別與相位關系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調壓范圍內的每級電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動勢差，產生循環電流，影響容量輸出和燒壞變壓器。短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(1)；容量比在0.5~2之間；保證負荷分配均勻，防止短路阻抗和容量小的變壓器過載，而容量大和短路阻抗大的變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿足系統短路電流的要求，否則應采取限制措施。
（3）選用電力變壓器的技術參數，應以變壓器整體的可靠性為基礎，綜合考慮技術參數的先進性和合理性，兼顧對系統 的影響，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負載損耗基本相同時，盡量選用空載損耗小的變壓器，負載損耗滿足國標《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》(4)。
（4）電力變壓器在負載區域運行時，其繞組、線夾、引線、絕緣油及絕緣部件的溫度不宜過高，在變壓器負載導則規定的溫度限值內，避免高溫度下運行，絕緣老化加快而縮短變壓器的壽命和引發損壞事故(3)。也要防止變壓器高溫度運行，引起變壓器自身損耗過大，影響輸出效率，造成不必要的電能浪費。
（5）在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合功率損耗（應該把變壓器的冷卻功率計算在內）小的變壓器投入運行，要按負載的變化規律，合理選擇 佳組合方式，要通過調整負載，提高負荷率，提高功率因數，使變壓器在經濟運行區的優選段內工作。
（6）單臺變壓器經濟運行區平均負載系數，β的上限為1，下限為Pk/Po，(其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負載損耗)；經濟運行區優選運行段的平均負載系數，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。
（7）變壓器經濟運行必須建立在可靠供電的前提條件下，備用變壓器應有可靠的自動投入裝置相配套，保證在相臨變壓器故障時自動投入運行，確保不中斷正常供電。
（8）安排變壓器并列運行方式，要對聯絡開關的額定折斷容量進行核算，防止系統短路故障時因開關遮斷容量不足而損壞設備，影響故障點的自動隔離；分列運行的母線聯絡開關備用電源自投動作時，應能自動斷開接入母線側的其它電源的開關。

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