周恒逸，毛柳明，齊飛，葉會(huì)生，趙邈，段緒金

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

新型農(nóng)網(wǎng)高過載能力配變應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能

周恒逸，毛柳明，齊飛，葉會(huì)生，趙邈，段緒金

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南 長(zhǎng)沙 410007)

分析典型農(nóng)村配變運(yùn)行負(fù)荷特點(diǎn)，介紹高過載能力配變的性能特點(diǎn)，并針對(duì)其過載性能進(jìn)行試點(diǎn)研究，最后對(duì)高過載能力配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能進(jìn)行分析，給出運(yùn)行建議。

高過載能力；配電變壓器；電網(wǎng)；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

中國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)具有負(fù)荷分散、季節(jié)性強(qiáng)、平均負(fù)荷率低、峰谷差大的特點(diǎn)，且從近幾年的運(yùn)行情況分析，農(nóng)村電網(wǎng)在特殊時(shí)期 (如春節(jié)、農(nóng)忙時(shí))負(fù)荷增長(zhǎng)迅猛，各地區(qū)農(nóng)配網(wǎng)變壓器 (以下簡(jiǎn)稱配變)重過載問題非常突出，對(duì)設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和可靠供電造成了嚴(yán)重的影響〔1－2〕。

為了有效防止農(nóng)配網(wǎng)由于負(fù)荷重過載導(dǎo)致配變燒損事件的發(fā)生，國(guó)家電網(wǎng)公司目前主要采用更換大容量變壓器、人工調(diào)整負(fù)荷等方法，并取得了一定的成效。但農(nóng)配網(wǎng)負(fù)荷分散性強(qiáng)、季節(jié)性變化幅度大、日常運(yùn)行負(fù)荷低，大范圍更換變壓器將造成資金投入過大、運(yùn)行中配變負(fù)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)水平的配變，適用于年平均負(fù)載率低、負(fù)荷峰谷差大且存在短時(shí)過載運(yùn)行情況的配電臺(tái)區(qū)，目前該類變壓器在國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司仍處于試點(diǎn)階段。

1 典型農(nóng)村配變運(yùn)行負(fù)荷特點(diǎn)

1.1 季節(jié)性波動(dòng)大

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

圖1 2005—2013年湖南省年負(fù)荷曲線

1.2 “飯高峰”特征

隨著近年來國(guó)家家電下鄉(xiāng)推廣活動(dòng)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(dǎo)致農(nóng)村供電臺(tái)區(qū)日負(fù)荷曲線呈現(xiàn)出較為典型的 “飯高峰”特征，即每日負(fù)荷高峰分別出現(xiàn)在用餐時(shí)間內(nèi)，如圖2所示。

圖2 農(nóng)村臺(tái)區(qū)日負(fù)荷曲線

1.3 負(fù)荷峰谷差大

農(nóng)村配變臺(tái)區(qū)日常負(fù)荷低谷與負(fù)荷高峰相比，峰谷差達(dá)數(shù)十倍。從保證供電服務(wù)需求和設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，必須按照臺(tái)區(qū)年最高運(yùn)行負(fù)荷配置變壓器容量，嚴(yán)重影響配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效率和線損量。

1.4 輕載時(shí)間長(zhǎng)

在典型農(nóng)村臺(tái)區(qū)各負(fù)載率運(yùn)行時(shí)段中，配變負(fù)載率30%以下的運(yùn)行時(shí)段占總時(shí)間的75%，負(fù)載率在30%～70%的運(yùn)行時(shí)段占總時(shí)間的17%，負(fù)荷70%以上的運(yùn)行時(shí)段占總時(shí)間的8%。臺(tái)區(qū)全年輕載時(shí)間長(zhǎng)，配變利用率低。

2 高過載能力配電變壓器性能特點(diǎn)

高過載能力配電變壓器是一種過載能力優(yōu)于常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)水平的配電變壓器，其過負(fù)荷特性如圖3所示，可適用于年平均負(fù)載率低、負(fù)荷峰谷差大且存在短時(shí)過載運(yùn)行情況的配電臺(tái)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(jí))，高閃點(diǎn)、燃點(diǎn)絕緣油(閃點(diǎn)和燃點(diǎn)不低于150℃)，改良的散熱通道，適當(dāng)增大的低壓繞組線圈來實(shí)現(xiàn)。因此在滿足短時(shí)過載運(yùn)行的同時(shí)，可保證配變的正常壽命周期要求，同時(shí)具有更為優(yōu)異的負(fù)載損耗和抗突發(fā)短路能力。

圖3 高過載能力配變負(fù)載特性曲線

3 高過載能力配電變壓器試點(diǎn)情況

為驗(yàn)證高過載能力配電變壓器的技術(shù)性能，在農(nóng)配網(wǎng)中選取了5個(gè)典型臺(tái)區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)應(yīng)用，臺(tái)區(qū)情況見表1。

表1 試點(diǎn)臺(tái)區(qū)運(yùn)行情況

5個(gè)臺(tái)區(qū)均長(zhǎng)期運(yùn)行在過負(fù)荷狀態(tài)中，其中南大門集鎮(zhèn)3號(hào)臺(tái)區(qū)運(yùn)行最大電流 (三相最大值)達(dá)到額定電流的2.50倍，且在最大負(fù)載率下持續(xù)運(yùn)行時(shí)間達(dá)18 min(如圖4，記錄時(shí)間起于00時(shí)00分12秒，止于23時(shí)56分54秒)，對(duì)高過載能力配變的過負(fù)荷能力考核結(jié)果表明，其技術(shù)性能達(dá)到了試點(diǎn)要求。

圖4 南大門集鎮(zhèn)3號(hào)臺(tái)區(qū)日負(fù)載率曲線

為進(jìn)一步驗(yàn)證高過載配變?cè)圏c(diǎn)過程中設(shè)備的安全運(yùn)行水平，對(duì)南塘安置區(qū)配變安裝了頂層油溫監(jiān)測(cè)裝置，在試點(diǎn)過程中的運(yùn)行數(shù)據(jù)如表2、圖5所示。從表2可見，高過載能力配變?cè)谶^負(fù)荷運(yùn)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(tái)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?cái)?shù)據(jù)

圖5 配變頂層油溫與負(fù)荷對(duì)應(yīng)圖

4 高過載能力配變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性能分析

4.1 相同負(fù)荷下的運(yùn)行損耗對(duì)比

考慮到高過載能力配變的投資成本較普通同型號(hào)配變高20%，且當(dāng)其處于過載運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，運(yùn)行損耗會(huì)大幅增加。為進(jìn)一步提高高過載能力配變的經(jīng)濟(jì)使用效率，最大程度地利用其短時(shí)過載能力，將型號(hào)S11，容量80 kVA的高過載能力配變與125 kVA普通標(biāo)準(zhǔn)配變進(jìn)行損耗分析對(duì)比，情況如圖6所示。

圖6 80 kVA高過載配變和125 kVA標(biāo)準(zhǔn)配變的綜合損耗實(shí)測(cè)值

由圖6可見，在相同負(fù)荷情況下，與大容量等級(jí)配變相比，高過載能力配變?cè)谪?fù)荷低的情況下綜合損耗較低，反之，綜合損耗較高。當(dāng)負(fù)荷低于37 kW(按功率因素0.9計(jì)算，不考慮三相不平衡因素，折算成視在功率為 41.1 kVA，負(fù)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(shí)長(zhǎng)下的損耗對(duì)比分析

根據(jù)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，農(nóng)村配變年平均負(fù)載率大多處于30%及以下，短時(shí)過載運(yùn)行時(shí)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(jì)算，假定全年 (8 760 h)僅存在1.5倍負(fù)載率和0.3倍負(fù)載率2種運(yùn)行可能，分析不同過載時(shí)長(zhǎng)下的運(yùn)行損耗，如圖7所示。

圖7 高過載能力80 kVA配變和標(biāo)準(zhǔn)125 kVA配變不同過載時(shí)長(zhǎng)下的損耗值

計(jì)算結(jié)果表明:在1.5倍過載運(yùn)行時(shí)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(biāo)準(zhǔn)配電變壓器的綜合損耗，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好。當(dāng)1.5倍負(fù)載率全年運(yùn)行時(shí)間低于744 h時(shí)，80 kVA高過載配變的年綜合損耗較低，反之，125 kVA標(biāo)準(zhǔn)配變年綜合損耗較低。

5 結(jié)論

1)湖南省農(nóng)村配變負(fù)荷具有季節(jié)性波動(dòng)大、“飯高峰”明顯、峰谷差大、輕載時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)。

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

3)實(shí)測(cè)損耗數(shù)據(jù)顯示，高過載能力配電變壓器在負(fù)載率較低、過載時(shí)長(zhǎng)較短的情況下，具有明顯的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)。

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

〔2〕楊斌文，宋進(jìn).農(nóng)村配電變壓器運(yùn)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(jì)運(yùn)行方式的可行性及經(jīng)濟(jì)性分析 〔J〕.水電能源科學(xué)，2012，30(5): 164-166.

〔4〕胡景生.變壓器能效與節(jié)電技術(shù) 〔M〕.北京:機(jī)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(guó)網(wǎng)湖南省電力公司科研課題 (5216A01300)