許迪

(奉化供電局，浙江 奉化 315500)

1 引言

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要元件，運(yùn)行中產(chǎn)生大量的功率損耗。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國所有變壓器損耗的電能占全國總發(fā)電量的4%以上，電網(wǎng)中配電變壓器的損耗約占線路損耗的30%［1］。近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展與經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，能源短缺問題與環(huán)境壓力問題已成為當(dāng)今影響全球持續(xù)發(fā)展的主要問題。目前，我國加大了節(jié)能減排力度，開展變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作已被公認(rèn)為電力系統(tǒng)節(jié)能降耗的一個(gè)重要組成部分。

配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間需要結(jié)合自身的電氣特性參數(shù)與運(yùn)行方式進(jìn)行分析和計(jì)算。本文從理論上分析計(jì)算了配電變壓器的綜合損耗率及投資運(yùn)行費(fèi)用，并以此為依據(jù)分只考慮網(wǎng)損及綜合考慮網(wǎng)損、投資運(yùn)行費(fèi)用兩種情況，分析配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間，為變電運(yùn)行人員在實(shí)際決策中提供依據(jù)。

2 配電變壓器綜合損耗

2.1 綜合損耗率的計(jì)算

變壓器綜合功率損耗ΔPTZ是指:由變壓器的有功功率損耗和無功功率消耗使輸電網(wǎng)增加的有功功率損耗與變壓器自身的有功功率損耗之和。綜合功率損耗率則為ΔPTZ與變壓器電源側(cè)功率PT1的比值，如式(1)所示:

式中，P0為空載損耗;PK為額定負(fù)載損耗;KQ為無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量(kW/kvar);KP為有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量(kW/kW);Q0為變壓器的空載勵(lì)磁功率;Qk為變壓器的額定負(fù)載勵(lì)磁功率。

在進(jìn)行變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的分析和計(jì)算時(shí)，為了簡化計(jì)算，常近似認(rèn)為:式中，I0%為空載電流百分比;Uk%為短路電壓百分比。

2.2 無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ的計(jì)算

無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KQ的物理意義是:變壓器每減少1kvar無功功率消耗時(shí)，引起連接系統(tǒng)有功功率損耗下降的kW值，計(jì)算式為:

式中，ΔPCQ為由于無功節(jié)約引起變壓器連接系統(tǒng)的有功功率損耗下降值;ΔΔQ為變壓器無功功率消耗減少值。

KQ值的大小和變壓器在系統(tǒng)中的位置直接相關(guān)。在計(jì)算時(shí)應(yīng)根據(jù)變壓器連接系統(tǒng)的參數(shù)及工況負(fù)載按有關(guān)計(jì)算式進(jìn)行。根據(jù)文獻(xiàn)［1］的介紹，一般KQ可取0.10;若某配變?nèi)晔苋攵斯β室驍?shù)已補(bǔ)償?shù)?.9以上，則取0.04。

2.3 有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KP的計(jì)算

有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KP的物理意義是:變壓器每減少1kW有功功率消耗時(shí)，引起連接系統(tǒng)有功功率損耗下降的kW值，計(jì)算式為:

式中，ΔPCP為由于有功節(jié)約引起變壓器連接系統(tǒng)的有功功率損耗下降值;ΔΔP為變壓器有功功率消耗減少值。

有功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量KP之值在有關(guān)資料中是查不到的，可按式KP=KQctgφ2。

3 僅考慮綜合網(wǎng)損時(shí)配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的劃分

3.1 綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

僅考慮網(wǎng)損的配變最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行點(diǎn)是指綜合網(wǎng)損率最低的那一點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)的負(fù)載系數(shù)稱為綜合功率經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)。

此時(shí)變壓器的不變綜合損耗為:P0Z;可變綜合損耗為:PkZ=P0Z。即在最低綜合功率損耗率處:變壓器的不變綜合損耗等于可變綜合損耗。

3.2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的劃分

由于變壓器的經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)僅是變壓器負(fù)載功率曲線上的一點(diǎn)，然而在實(shí)際運(yùn)行中，負(fù)載在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，因此國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13462－1992提出了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的概念。并給出了按綜合功率確定變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的方法。

國標(biāo)GB/T 13462－1992對(duì)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)確定的原則是:變壓器在額定負(fù)載條件下的運(yùn)行應(yīng)屬于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。因此，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限值定為βLs=1;經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限值所對(duì)應(yīng)的損耗率與額定負(fù)載損耗率相等，設(shè)為βLx。在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行時(shí)，其損耗率要低于額定負(fù)載損耗率。變壓器綜合功率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間如圖1所示。

圖1 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)

當(dāng)變壓器處于額定負(fù)載時(shí)(βLs=1)損耗率為:

當(dāng)變壓器負(fù)載系數(shù)為βLx時(shí)損耗率為:

令 ΔPZN%=ΔPJx%，且有:SNcosφ2＞＞P0Z+PkZ，βLxSNcosφx＞＞P0Z+PkZ，則有

對(duì)上式求解，可得變壓器綜合功率經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的負(fù)載系數(shù)的下限值:

3.3 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的優(yōu)選運(yùn)行段(最佳運(yùn)行區(qū))

(1)優(yōu)選運(yùn)行段的提出

提出優(yōu)選運(yùn)行段的原因有兩點(diǎn):一是經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限值βLx過低，降低了變壓器容量的利用率;二是變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)包括了額定負(fù)載在內(nèi)的較大負(fù)載范圍，在這個(gè)范圍的邊緣(指接近βLx和βLs的負(fù)載率)，其損耗率與最低損耗率相比仍然很高，因此有必要在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)提出優(yōu)選運(yùn)行段的問題。對(duì)額定負(fù)載損耗率偏高問題論述如下。變壓器在經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)βJZ下運(yùn)行，其最低綜合損耗率為:

設(shè)變壓器額定負(fù)載損耗率ΔPZN%與最低損耗率ΔPZJ%有如下關(guān)系式:

式中，KLN為變壓器額定負(fù)載損耗率系數(shù)。其物理概念是:變壓器在額定負(fù)載的損耗率是其經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)條件下的最低損耗率的倍數(shù)，可得:

因SNcosφ2＞＞P0Z+PkZ，βJZSNcosφx＞＞2P0Z，所以上式又可簡化為:

由于當(dāng)前變壓器綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)變化范圍為0.25～0.55，因此，額定負(fù)載損耗率系數(shù)KLN的變化范圍為1.184～2.215，也就是說，變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行時(shí)，也存在著損耗率偏高的問題。為解決這一問題，提出了變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的優(yōu)選運(yùn)行段概念。

(2)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選段的確定

變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選段是為了把變壓器損耗率降低到最小，但又不能把優(yōu)選段的范圍確定得太窄，因?yàn)榉秶焕谶\(yùn)行管理，GB/T 13462－1992中規(guī)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)選段的上限值βJs=0.75，其理由是:

當(dāng)變壓器的負(fù)載系數(shù)為β=0.75時(shí)，其綜合功率損耗率ΔP75Z%為:

設(shè)變壓器負(fù)載率為75%時(shí)的損耗率ΔP75Z%與最低損耗率ΔPZJ%的關(guān)系式為:

ΔP75Z%=KL75ΔPZJ%

式中，KL75為變壓器負(fù)載率為75%時(shí)的損耗率系數(shù)。

類似于求KLN，可以求得:

當(dāng)變壓器綜合經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)在0.25～0.55范圍內(nèi)變化時(shí)，0.75負(fù)載率的損耗率系數(shù)KL75的變化范圍為1.048～1.667。所以β=0.75所對(duì)應(yīng)的KL75比β=1所對(duì)應(yīng)的額定負(fù)載損耗率系數(shù)KLN有較大的下降。所以把變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選段的上限值定為βJs=0.75，達(dá)到了降低變壓器損耗率的目的。

與推導(dǎo)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)下限值βLx的方法相同，可推導(dǎo)出與優(yōu)選運(yùn)行段上限值βJs等效損耗率的綜合功率優(yōu)選運(yùn)行段下限值βJx的計(jì)算式:

4 綜合考慮投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用和網(wǎng)損時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間劃分

4.1 綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)

實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，經(jīng)濟(jì)性不僅需要考慮網(wǎng)損，還應(yīng)考慮變壓器的投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。設(shè)配變的年運(yùn)行小時(shí)數(shù)為8760小時(shí)，折算到每小時(shí)的配變投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)可用下式計(jì)算:

式中，C1T為配變的一次性投資費(fèi)用元;C2T為配變的年運(yùn)行費(fèi)用;nT為配變的使用年限;i0為表示投資貼現(xiàn)率。

則考慮了投資以后，每小時(shí)每單位電能的綜合費(fèi)用為:

式中，EL為單位電能的電費(fèi)。

由于配變投資、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)與配變運(yùn)行的負(fù)載無關(guān)，相當(dāng)于配變的等值鐵耗增加，因此考慮了投資運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)負(fù)載系數(shù)大于只考慮了網(wǎng)損率的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)負(fù)載率。

4.2 綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間劃分

類似于僅考慮網(wǎng)損時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間劃分原則:變壓器在額定負(fù)載條件下的運(yùn)行應(yīng)屬于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)。因此，綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限值也定為βCLs=1;綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限值βCLx所對(duì)應(yīng)的單位電能綜合費(fèi)用與βCLs=1單位電能綜合費(fèi)用相等。βCLx的計(jì)算如下:

當(dāng)變壓器處于額定負(fù)載時(shí)(βCLs=1)單位電能綜合費(fèi)用:

當(dāng)變壓器負(fù)載系數(shù)為βCLx時(shí)，單位電能綜合費(fèi)用:

令CEFTN=CEFTx，求解，可得配變綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的負(fù)載系數(shù)的下限值:

4.3 綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的優(yōu)選運(yùn)行段(最佳運(yùn)行區(qū))

類似于僅考慮網(wǎng)損時(shí)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間的確定，把變壓器綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)選段的上限值定為βCJs=0.75。綜合費(fèi)用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)選段的下限值βCJx所對(duì)應(yīng)的單位電能綜合費(fèi)用與βCJs=0.75時(shí)單位電能綜合費(fèi)用相等。可推得:

5小結(jié)

根據(jù)上述分析可知，當(dāng)僅考慮變壓器的綜合損耗時(shí)，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間劃分如下:

若綜合考慮變壓器網(wǎng)損和投資運(yùn)行費(fèi)用后，其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間劃分為:

實(shí)際的變壓器運(yùn)行中，必定存在投資運(yùn)行費(fèi)用，因此綜合考慮了變壓器綜合網(wǎng)損和投資運(yùn)行費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)間更符合實(shí)際運(yùn)行情況。

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