小区配电变压器的节能运行方案

本文提出两台配电变压器按照日负荷曲线运行方案，并对该方案的节能效果和投资效益进行分析。
　　1 住宅小区现行配变运行方案
　　住宅小区的负荷特点是峰谷差比较大，负荷率比较低（30%～40%），zui大负荷出现时间一般为17时至22时，zui小负荷一般出现在0时至5时。现行的住宅小区供电方案大多是一个供电区域配置一台变压器，变压器的额定容量按满足区域zui大负荷选定，变压器容量不能调整。由于变压器容量越大，其空载损耗越高，所以，在负荷较小时使用大容量变压器会出现“大马拉小车”现象，不是经济运行方案；一台变压器长期运行，出现故障时没有备用变压器，不符合“N-1”原则，影响供电可靠性。
　　2 两台容量相同的变压器运行方案
　　 为了降低变压器的损耗，将一个供电区域按照总容量要求配置2台容量相等的变压器，使2台配变容量之和等于总容量。
　　 换言之，如果一供电区域需要配置1台SN1 = 630 kVA的变压器，则按照本文所述的方案，该供电区域可以配置2台SN2 =315 kVA变压器。
　　 SN1 = 2SN2
　　运行方案：平时一台配变运行，负荷高峰时，再投运另一台变压器。如每天17时至22时两台变压器并列运行，满足峰值负荷要求，其余时段一台变压器供电。变压器退出运行时，高压和低压侧开关断开。两台变压器互为后备，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器可以供电，不会发生因变压器故障造成供电区域全部停电的现象。运行原理如图1所示。
　　3 节能效果分析
　　3.1 变压器损耗计算公式
　　 有功损耗 ： △P ＝ P0 ＋ KTβ2PK
　　 无功损耗 ：△Q ＝ Q0 ＋ KTβ2QK
　　 综合功率损耗：△PZ = △P + KQ△Q
　　 年电能损耗：△WZ = 8760×△PZRS3
　　 式中 Q0——空载无功损耗（kvar），Q0≈I0%SN；
　　 P0——空载损耗（kW）；
　　 PK——额定负载损耗（kW）；
　　 SN——变压器额定容量（kVA）；
　　 I0%——变压器空载电流百分比；
　　 b——负荷率，城镇住宅小区估取30%～40%；
　　 KT——负载波动损耗系数，取KT＝1.05；
　　 QK——额定负载漏磁功率（kvar）， QK≈UK%SN；
　　 KQ——无功经济当量（kW/kvar），对城市电网和工业企业电网的6～10kV降压变压器取系统zui小负荷时，其无功当量KQ =0.1 kW/kvar；
　　 RS3——供电可靠率，此处取99.9%；
　　3.2 两台变压器日zui大并列运行时间
　　 用2台小容量变压器代替1台大容量变压器，2台小变压器并列运行时其综合功率损耗大于1台大变压器综合功率损耗。因此，2台小变压器日并列运行时间不能大于T，否则，电能损耗高于1台大容量变压器电能损耗，该方案不能使用。
　　 经过推导得出2台变压器日zui大并列运行时间
　　 T < 24（△PZ1/△PZ2 - 1）
　　 式中△PZ1、△PZ2——大变压器和小变压器的综合功率损耗，由上式求出。
　　3.3 损耗计算
　　 应用上式，分别计算出S11-R-315/10 与S11-R-630/10 配电变压器的有功损耗、无功损耗、综合功率损耗和年电能损耗，负荷率取40%，供电可靠率取99.9%。负荷率与有功损耗和无功损耗成平方关系，负荷率是变压器经济运行的重要参数。表1为部分配电变压器损耗参数表。
　　表1　配电变压器损耗参数表
　　

　　表2　节能效果对比表
　　

　　 从表2可知，用2台小变压器取代1台大变压器供电方案有比较好的节能效果，变压器容量越大，节能效果越明显。假设1个县城有10个2×S11-R-315配置供电台区和10个2×S11-R-160配置供电台区，每年能节约100MWh左右的电能，有明显的推广应用价值。
　　4 设备配置和投资估算
　　两台容量相同变压器配置方案按照安装方式不同可分为户外柱上安装方式、户内配电室安装方式和箱式变安装方式，关键设备有变压器高压和低压侧断路器，变压器自动投切控制器。
　　4.1 断路器设备
　　 断路器设备应具备遥控、遥信接口，每天能够进行合分操作1至2次。
　　户外柱上安装方式每台变压器高压侧配置1台电动负荷断路器，每台变压器低压侧配置1台断路器，断路器类型与单台变压器供电方案相同。为了节省投资，一台长期运行的变压器高压侧可以不配负荷断路器。
　　户内配电室安装方式和箱式变安装方式中断路器类型与单台变压器供电方案相同。在户内配电室设计时，有的配电室已经按2台配变设计，这样的配电室很容易实现2台配变按日负荷曲线运行方案。
　　4.2 变压器自动投切控制器
　　变压器自动投切控制器要求具备根据负荷大小自动合分相应变压器高低压断路器的功能。此功能可以集成于负荷管理终端、变压器监控终端或无功补偿控制器中，因为此三种终端设备已经具备负荷测量等功能，尤其是具有交流采样功能的负荷管理终端，稍加改动就可用于变压器自动投切，这样的控制器软硬件平台稳定，开发工作量小，功能集成，一机多用，节省用户投资。
　　4.3 新增投资与回收期估算
　　 下面以2台 S11-R-315配置方案为例估算新增投资和回收期。新增投资是指2台315 kvA变压器方案比1台630kvA变压器方案增加的投资。
　　 表3　新增投资与回收期估算表
　　

　　从3表可以看出，户外柱上方式投资较大，回收期较长，主要投资花费在高压侧断路器上，如果能开发出廉价的新型断路器，该方案还可以采用。配电室方式和箱式变方式投资较少，应该优先采用本文所述的方案。如果配电室原设计方案已经按2台变压器配置，采用本文所述方案的优势更明显。
　　从2台小变压器与1台大变压器的投资差价而言，2台S11-R-315的价格与1台S11-R-630的价格相当，而2台S11-R-160的价格比1台S11-R-315的价格贵1万多元。所以，630kVA以上的大容量变压器更换为2台小容量变压器比较节省投资。