孫 鵬 韓振起

(1.連云港沃利帕森工程技術(shù)有限公司（天津辦公室）,天津； 2.天津市化工設(shè)計(jì)院，天津 300131 )

一、 概述

電力系統(tǒng)為滿足化工生產(chǎn)裝置供電安全的可靠性和經(jīng)濟(jì)性的，在變配電站擴(kuò)建、建設(shè)等設(shè)計(jì)工作中，首先考慮的因素是根據(jù)變配電站的供電負(fù)荷的可靠性和供電性質(zhì)來(lái)選擇變壓器的臺(tái)數(shù)和容量。如果所選擇的變壓器容量過(guò)大，必然會(huì)增加相關(guān)設(shè)備的投資以及變壓器本身的投資，造成不必要的設(shè)計(jì)浪費(fèi)，例如變壓器的購(gòu)置和安裝、變壓器運(yùn)行和維護(hù)時(shí)產(chǎn)生的投資；如果所選擇的變壓器容量過(guò)小，則必然無(wú)法滿足供電的正常需求，如果使變壓器長(zhǎng)期都處于過(guò)載運(yùn)行狀態(tài)，那么會(huì)極易造成變壓器的損壞，對(duì)供電的安全及可靠性造成重大影響；選擇的變壓器數(shù)量偏少，接線方式以及供電可靠性將無(wú)法達(dá)到要求，也必然會(huì)影響檢修以及缺少必要的備用變壓器；變壓器數(shù)量選擇太多則會(huì)增加配套設(shè)施投入，使變電站布置困難，同時(shí)會(huì)增加檢修以及維護(hù)工作量。所以，如果變壓器容量和數(shù)量選擇合適，不但能在建設(shè)中節(jié)省很多一次性的投資，而且因?yàn)樽儔浩骱侠淼倪\(yùn)行，從而減少相應(yīng)的運(yùn)行以及維護(hù)方面的一些費(fèi)用。

本文將結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及實(shí)際問(wèn)題，講述在變壓器的臺(tái)數(shù)和容量選擇時(shí)應(yīng)該遵守的原則以及變壓器自身可靠并且安全運(yùn)行的各種要求及其條件，全面考慮選擇變壓器臺(tái)數(shù)和容量的時(shí)候需要考慮的綜合因素，進(jìn)而對(duì)變壓器的臺(tái)數(shù)和容量以及供電的負(fù)荷進(jìn)行全面的效益以及安全性的分析。

二、選擇變壓器的容量以及臺(tái)數(shù)時(shí)應(yīng)遵循的基本原則

供電安全的可靠性和經(jīng)濟(jì)性主要影響因素就是變壓器容量以及臺(tái)數(shù)，另外它還是影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的主要因素。變壓器在初始選擇容量大小以及臺(tái)數(shù)多少的時(shí)候往往由負(fù)荷的現(xiàn)狀和增長(zhǎng)的預(yù)期來(lái)決定，并且同時(shí)取決于以下幾個(gè)因素：一次性建設(shè)投資的多少，周圍的上一級(jí)電網(wǎng)或者電廠提供負(fù)載的能力，負(fù)荷本身對(duì)供電安全性以及可靠性的要求以及負(fù)荷本身的性質(zhì)，變壓器自身的單位容量的造價(jià)、電力系統(tǒng)的短路容量以及變壓器自身安裝以及運(yùn)行的條件以及與之相連接的配電裝置的技術(shù)和性能指標(biāo)等等。近幾年隨著變壓器制造技術(shù)的不斷提高，變壓器自身質(zhì)量和安全運(yùn)行水平大幅度提高；變壓器空載損耗率大幅度下降，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載率不斷降低；國(guó)家節(jié)能減排政策鼓勵(lì)企業(yè)展開(kāi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作；對(duì)于新建、擴(kuò)建以及變壓器容量增容的臺(tái)數(shù)和容量的選擇國(guó)家目前尚無(wú)明確具體的規(guī)定，也是隨技術(shù)水平不斷提高、不斷完善的一個(gè)系統(tǒng)工程。一般根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并且結(jié)合相關(guān)規(guī)范，作者認(rèn)為一般需要充分考慮的相關(guān)因素如下：

（1）變壓器的額定容量必須滿足所有供電區(qū)域內(nèi)的全部用電負(fù)荷的安全可靠供電的需要，從而來(lái)避免變壓器處在長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷的狀態(tài)下。對(duì)于新建變電站的變壓器容量選擇還需要滿足企業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而考慮用電負(fù)荷的增長(zhǎng)需要，以此來(lái)避免后期用電負(fù)荷增加時(shí)不必要的增容及擴(kuò)建，也減少因?yàn)閿U(kuò)建增容造成的生產(chǎn)裝置長(zhǎng)時(shí)間停電；對(duì)于供電安全可靠性需求較高的變電站需要一次性投入兩臺(tái)變壓器，每臺(tái)變壓器正常負(fù)載率最好不大于其額定功率的50%。

（2）對(duì)于用電負(fù)荷等級(jí)較高的生產(chǎn)裝置變配電站，要考慮當(dāng)其中某臺(tái)變壓器停電檢修時(shí)或者是故障時(shí)，另外的變壓器應(yīng)該能在過(guò)負(fù)載能力允許的時(shí)間之內(nèi)的情況下，滿足對(duì)全廠的一級(jí)負(fù)荷以及二級(jí)負(fù)荷正常供電的需求。而對(duì)于一般的變電站，當(dāng)所有變壓器中存在一臺(tái)變壓器停運(yùn)的情況時(shí)，其它變壓器要有保證全部負(fù)荷的70%至80%的電力供應(yīng)的能力。

（3）為了滿足變電站對(duì)其自身運(yùn)行方式的可靠性和靈活性要求，同時(shí)一起減少并方便備用容量的預(yù)留，滿足方便檢修以及維護(hù)的要求，進(jìn)而滿足變電站統(tǒng)一規(guī)范的需求，所以在選擇變壓器容量以及種類的時(shí)候應(yīng)該盡量減少，基本上不可超過(guò)兩種。并且對(duì)裝置供電的一個(gè)變配電站中最好選擇同一容量等級(jí)的變壓器。

（4） 在一定的容量范圍之內(nèi)，容量增大會(huì)導(dǎo)致變壓器的損耗降低，但因此節(jié)約的電費(fèi)可能難以補(bǔ)償初期投資費(fèi)用的增加，因?yàn)榕c之配套的開(kāi)關(guān)等設(shè)備的開(kāi)斷能力要求高，所以在選擇變壓器容量時(shí)還要考慮與其相關(guān)裝置的一次性投資，執(zhí)行國(guó)家頒發(fā)的相關(guān)降損節(jié)能政策。甚至是要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式計(jì)算。

三、 電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)具備的條件和要求

（1） 新建變電站的分期建設(shè)，需要考慮負(fù)荷增長(zhǎng)，先期只有一臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)，要結(jié)合全廠的最終規(guī)模確定變壓器容量，最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的變壓器在運(yùn)行的時(shí)候，為75%以下，但是變電所短期不能進(jìn)行擴(kuò)建的話，變壓器則不應(yīng)該長(zhǎng)時(shí)間處在滿負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)下。

（2）如果需要多臺(tái)電力變壓器并列運(yùn)行的話，則需要對(duì)并聯(lián)條件進(jìn)行規(guī)范，每臺(tái)變壓器相位關(guān)系及其聯(lián)結(jié)組別必須相同；每臺(tái)變壓器的變壓比和電壓必須要一樣，同時(shí)偏差的運(yùn)行程度也要相同，每一級(jí)電壓在調(diào)壓范圍內(nèi)相同；要防止二次繞組之間因?yàn)榇嬖陔妱?dòng)勢(shì)差從而產(chǎn)生循環(huán)電流，影響容量輸出甚至燒壞變壓器；短路阻抗也需要盡量保持一樣，一旦不一樣的話則必須將其控制在10%的范圍內(nèi)；容量比則在0.5～2之間，從而才能均勻的分配全部負(fù)荷，并且容量小的那臺(tái)變壓器處于過(guò)載狀態(tài)，而短路阻抗大和容量大的變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿足系統(tǒng)短路電流的要求，否則應(yīng)采取限制措施。

（3） 正常狀體下運(yùn)行的變壓器，其各個(gè)絕緣部件以及油的溫度不應(yīng)該過(guò)高，要盡量控制在變壓器負(fù)載導(dǎo)則規(guī)定的溫度限值內(nèi)，盡量不要再高溫下運(yùn)行變壓器，以此避免絕緣老化和加快而引起的變壓器使用壽命的縮短和變壓器損壞。也要防止變壓器在過(guò)高溫度運(yùn)行時(shí)，引起的變壓器自身?yè)p耗過(guò)大，影響變壓器的輸出效率，從而造成電能浪費(fèi)。

（4） 如果變電站內(nèi)裝有備用電力變壓器，應(yīng)該選擇綜合功率損耗小（變壓器的冷卻功率計(jì)算在內(nèi)）的變壓器來(lái)運(yùn)行，應(yīng)該按照負(fù)載的變化規(guī)律來(lái)選擇最佳組合運(yùn)行方式，提高負(fù)荷率以及負(fù)載的功率因數(shù)，從而使變壓器在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域內(nèi)。

（5） 單獨(dú)一臺(tái)電力變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域平均負(fù)載系數(shù)為β，β的上限為1，下限為電力變壓器的空載損耗/電力變壓器的額定損耗，在最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選段的平均負(fù)載系數(shù)，β的上限為0.75，下限為1.33。

（6）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行只有在滿足了安全可靠供電的前提條件下才可以考慮的，作為備用的變壓器應(yīng)具有自動(dòng)投切裝置，并且該裝置是要安全并且可靠的，從而才能保證在主供電變壓器故障時(shí)能夠自動(dòng)投入運(yùn)行從而保證正常供電的繼續(xù)。

（7）以并列運(yùn)行方式共同運(yùn)行的變壓器，必須要對(duì)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)的額定遮斷容量來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，以此來(lái)防止短路故障的時(shí)候因?yàn)殚_(kāi)關(guān)額定遮斷容量不足造成的故障點(diǎn)無(wú)法自動(dòng)隔離。

四、 設(shè)計(jì)實(shí)例

江蘇亞邦化工集團(tuán)金囤農(nóng)化生產(chǎn)基地，為我國(guó)最早的光氣和農(nóng)藥雙定點(diǎn)生產(chǎn)企業(yè)。占地面積5萬(wàn)m2，廠房建筑面積8萬(wàn)m2。根據(jù)化工企業(yè)單位面積用電負(fù)荷量，采用單位用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算法；每平米用電負(fù)荷取50kVA，本廠總計(jì)算用電量40MVA,但實(shí)際生產(chǎn)及辦公用電要小于此計(jì)算量，所以在實(shí)際施工中采用單位數(shù)法加需要系數(shù)法相結(jié)合的方法，實(shí)際廠區(qū)用電量的確定為0.8x40MVA=32MVA是比較準(zhǔn)確的。本廠區(qū)最終設(shè)置3處高壓變電站，每站容量12000kVA,設(shè)置2000kVA變壓器6臺(tái)。實(shí)際運(yùn)行變壓器負(fù)荷率85%，即符合國(guó)家規(guī)范要求又為集團(tuán)節(jié)省的不必要的建設(shè)費(fèi)用。

結(jié)語(yǔ)

化工生產(chǎn)裝置用電負(fù)荷與電力變壓器容量和臺(tái)數(shù)的選擇關(guān)系會(huì)對(duì)生產(chǎn)裝置經(jīng)濟(jì)和安全運(yùn)行產(chǎn)生影響，會(huì)影響到產(chǎn)業(yè)的效率以及系統(tǒng)的安全性、綜合性。因此變壓器的選擇必須根據(jù)電力變壓器的固有屬性，同時(shí)根據(jù)《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》，并且用《工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行導(dǎo)則》為依據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行更加全面的分析計(jì)算，綜合考慮化工廠負(fù)荷發(fā)展規(guī)劃，兼顧用電性質(zhì)和對(duì)可靠性的要求，統(tǒng)籌全廠負(fù)荷的綜合因素，全面發(fā)揮變壓器的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)能指標(biāo)，從而達(dá)到全廠負(fù)荷對(duì)于變壓器容量和臺(tái)數(shù)的統(tǒng)一和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)企業(yè)供電安全和經(jīng)濟(jì)效益最大化。

[1]DL/T572-2010，電力變壓器運(yùn)行規(guī)程[S].

[2]GB-T13462-1992,工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行導(dǎo)則[S].

[3]GB/T13499-2002，電力變壓器應(yīng)用導(dǎo)則[S].

[4]張廣溢.電機(jī)學(xué)（第二版）[M].重慶：重慶大學(xué)出版社 ，2007.