周恒逸，毛柳明，齊飛，葉會生，趙邈，段緒金

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007)

新型農(nóng)網(wǎng)高過載能力配變應用及經(jīng)濟運行性能

周恒逸，毛柳明，齊飛，葉會生，趙邈，段緒金

(國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007)

分析典型農(nóng)村配變運行負荷特點，介紹高過載能力配變的性能特點，并針對其過載性能進行試點研究，最后對高過載能力配電變壓器的經(jīng)濟運行性能進行分析，給出運行建議。

高過載能力；配電變壓器；電網(wǎng)；經(jīng)濟運行

中國農(nóng)村電網(wǎng)具有負荷分散、季節(jié)性強、平均負荷率低、峰谷差大的特點，且從近幾年的運行情況分析，農(nóng)村電網(wǎng)在特殊時期 (如春節(jié)、農(nóng)忙時)負荷增長迅猛，各地區(qū)農(nóng)配網(wǎng)變壓器 (以下簡稱配變)重過載問題非常突出，對設備安全穩(wěn)定運行和可靠供電造成了嚴重的影響〔1－2〕。

為了有效防止農(nóng)配網(wǎng)由于負荷重過載導致配變燒損事件的發(fā)生，國家電網(wǎng)公司目前主要采用更換大容量變壓器、人工調整負荷等方法，并取得了一定的成效。但農(nóng)配網(wǎng)負荷分散性強、季節(jié)性變化幅度大、日常運行負荷低，大范圍更換變壓器將造成資金投入過大、運行中配變負載率低、空載損耗偏大、線損大等問題〔3－4〕，并非解決農(nóng)配變過載損壞的最佳途徑。

新型農(nóng)網(wǎng)高過載能力配電變壓器是2014年國家電網(wǎng)公司推出的一種在同等條件下，過載能力優(yōu)于常規(guī)標準水平的配變，適用于年平均負載率低、負荷峰谷差大且存在短時過載運行情況的配電臺區(qū)，目前該類變壓器在國網(wǎng)湖南省電力公司仍處于試點階段。

1 典型農(nóng)村配變運行負荷特點

1.1 季節(jié)性波動大

配網(wǎng)季節(jié)性高峰突出表現(xiàn)在迎峰度夏時期和春節(jié)時期，且與氣候、氣溫有直接關聯(lián)，近3年湖南電網(wǎng)公司運行負荷數(shù)據(jù)如圖1所示。由圖1可見，年度最大負荷呈現(xiàn)逐年增長趨勢，年負荷曲線呈“W”形狀，全年明顯存在夏季和冬季2個高峰負荷，夏季高峰負荷出現(xiàn)在7月份或者8月份，冬季高峰負荷出現(xiàn)在1月份或者12月份。

圖1 2005—2013年湖南省年負荷曲線

1.2 “飯高峰”特征

隨著近年來國家家電下鄉(xiāng)推廣活動的開展，湖南各地農(nóng)村家用電飯煲、電磁爐、微波爐等電器的使用率逐年上升，各地 “以電代煤”的現(xiàn)象均較為突出，導致農(nóng)村供電臺區(qū)日負荷曲線呈現(xiàn)出較為典型的 “飯高峰”特征，即每日負荷高峰分別出現(xiàn)在用餐時間內，如圖2所示。

圖2 農(nóng)村臺區(qū)日負荷曲線

1.3 負荷峰谷差大

農(nóng)村配變臺區(qū)日常負荷低谷與負荷高峰相比，峰谷差達數(shù)十倍。從保證供電服務需求和設備安全穩(wěn)定運行的角度出發(fā)，必須按照臺區(qū)年最高運行負荷配置變壓器容量，嚴重影響配變經(jīng)濟運行效率和線損量。

1.4 輕載時間長

在典型農(nóng)村臺區(qū)各負載率運行時段中，配變負載率30%以下的運行時段占總時間的75%，負載率在30%～70%的運行時段占總時間的17%，負荷70%以上的運行時段占總時間的8%。臺區(qū)全年輕載時間長，配變利用率低。

2 高過載能力配電變壓器性能特點

高過載能力配電變壓器是一種過載能力優(yōu)于常規(guī)標準水平的配電變壓器，其過負荷特性如圖3所示，可適用于年平均負載率低、負荷峰谷差大且存在短時過載運行情況的配電臺區(qū)。

其優(yōu)異的過載曲線主要通過高性能的絕緣材料(耐熱性能不低于 B級)，高閃點、燃點絕緣油(閃點和燃點不低于150℃)，改良的散熱通道，適當增大的低壓繞組線圈來實現(xiàn)。因此在滿足短時過載運行的同時，可保證配變的正常壽命周期要求，同時具有更為優(yōu)異的負載損耗和抗突發(fā)短路能力。

圖3 高過載能力配變負載特性曲線

3 高過載能力配電變壓器試點情況

為驗證高過載能力配電變壓器的技術性能，在農(nóng)配網(wǎng)中選取了5個典型臺區(qū)進行試點應用，臺區(qū)情況見表1。

表1 試點臺區(qū)運行情況

5個臺區(qū)均長期運行在過負荷狀態(tài)中，其中南大門集鎮(zhèn)3號臺區(qū)運行最大電流 (三相最大值)達到額定電流的2.50倍，且在最大負載率下持續(xù)運行時間達18 min(如圖4，記錄時間起于00時00分12秒，止于23時56分54秒)，對高過載能力配變的過負荷能力考核結果表明，其技術性能達到了試點要求。

圖4 南大門集鎮(zhèn)3號臺區(qū)日負載率曲線

為進一步驗證高過載配變試點過程中設備的安全運行水平，對南塘安置區(qū)配變安裝了頂層油溫監(jiān)測裝置，在試點過程中的運行數(shù)據(jù)如表2、圖5所示。從表2可見，高過載能力配變在過負荷運行的情況下，頂層油溫、溫升均較為穩(wěn)定，最高溫度54.8℃，最高溫升30.5 K，且隨著臺區(qū)視在功率的變化，繞組溫度變化平穩(wěn)無異常。

表2 南塘安置區(qū)高過載配電變壓器頂層油溫數(shù)據(jù)

圖5 配變頂層油溫與負荷對應圖

4 高過載能力配變經(jīng)濟運行性能分析

4.1 相同負荷下的運行損耗對比

考慮到高過載能力配變的投資成本較普通同型號配變高20%，且當其處于過載運行狀態(tài)時，運行損耗會大幅增加。為進一步提高高過載能力配變的經(jīng)濟使用效率，最大程度地利用其短時過載能力，將型號S11，容量80 kVA的高過載能力配變與125 kVA普通標準配變進行損耗分析對比，情況如圖6所示。

圖6 80 kVA高過載配變和125 kVA標準配變的綜合損耗實測值

由圖6可見，在相同負荷情況下，與大容量等級配變相比，高過載能力配變在負荷低的情況下綜合損耗較低，反之，綜合損耗較高。當負荷低于37 kW(按功率因素0.9計算，不考慮三相不平衡因素，折算成視在功率為 41.1 kVA，負載率為51%)，高過載能力80 kVA配變綜合損耗較低；反之S11型125 kVA普通配變綜合損耗較低。

4.2 不同過載時長下的損耗對比分析

根據(jù)大量運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)村配變年平均負載率大多處于30%及以下，短時過載運行時間所占比例較小，且過載區(qū)間主要分布在120%～150%。為便于分析計算，假定全年 (8 760 h)僅存在1.5倍負載率和0.3倍負載率2種運行可能，分析不同過載時長下的運行損耗，如圖7所示。

圖7 高過載能力80 kVA配變和標準125 kVA配變不同過載時長下的損耗值

計算結果表明:在1.5倍過載運行時間較短的情況下，高過載能力配電變壓器的綜合損耗低于大容量標準配電變壓器的綜合損耗，運行經(jīng)濟性較好。當1.5倍負載率全年運行時間低于744 h時，80 kVA高過載配變的年綜合損耗較低，反之，125 kVA標準配變年綜合損耗較低。

5 結論

1)湖南省農(nóng)村配變負荷具有季節(jié)性波動大、“飯高峰”明顯、峰谷差大、輕載時間長的特點。

2)試點結果表明高過載能力配電變壓器可以有效解決配變短時過載問題，可廣泛應用于湖南省農(nóng)村配網(wǎng)。

3)實測損耗數(shù)據(jù)顯示，高過載能力配電變壓器在負載率較低、過載時長較短的情況下，具有明顯的經(jīng)濟運行優(yōu)勢。

〔1〕楊體.配電變壓器燒毀原因的分析 〔J〕.電力自動化設備，2002，22(2):83-84.

〔2〕楊斌文，宋進.農(nóng)村配電變壓器運行中存在的問題及解決的辦法 〔J〕.變壓器，2005，42(9):i0001－i0002.

〔3〕王建元，趙新，張麗娣，等.10 kV配電變壓器經(jīng)濟運行方式的可行性及經(jīng)濟性分析 〔J〕.水電能源科學，2012，30(5): 164-166.

〔4〕胡景生.變壓器能效與節(jié)電技術 〔M〕.北京:機械工業(yè)出版社，2007.

Economic performance application and economic operation of new rural distribution transformer with high overload performance

ZHOU Heng-yi，MAO Liu-ming，QI Fei，YE Hui-sheng，，ZHAO Miao，DUAN Xu-jin
(State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

This paper first analyzes the typical characteristics of rural distribution transformer load， introduces the characteristics of high overload performance transformer and introduces pilot study situation of the overload performance.By analyzing economic operation of distribution transformer with high overload performance，the paper offers some suggestions about economic operation.

high overload ability；distribution transformers；grid；economic operation

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.01.004

TM8

B

1008-0198(2015)01-0015-03

2014-08-14 改回日期:2014-10-30

國網(wǎng)湖南省電力公司科研課題 (5216A01300)