变电站变压器容量的选择和经济运行

变电站变压器容量的选择和经济运行 尹荣庆,韩振泉，王刚，时刚 （山东省夏津县电业总公司 253200） 摘要：介绍变压器容量选择应考虑的因素和变压器经济运行应具备的条件， 依据供电区域内负荷性质，结合实际应用实例进行分析计算，选择变压器 的容量，并对其经济运行进行分析。 关键词：变电站；变压器；容量选择；经济运行 变电所设计规程规定：主变压 器的台数和容量应根据地区供电条 件、负荷性质、用电容量和运行方 式等条件综合考虑确定。 建设、扩建和变压器增容的台 数和容量的选择，一般根据常规经 验和设计者的观点来进行，结合相 关规程制度，一般都应考虑如下因 素： （1）新建变电站变压器容量 应满足 510 年规划负荷的需要， 应能满足供电区域内用电负荷的需 要。 （2）有重要负荷的变电所应 考虑当一台主变停运时，其余变压 器容量在计及过负荷能力后的允许 时间内，保证用户的一级和二级负 荷；一般性变电所，当一台主变停 运时，其余变压器应能保证全部负 荷的 70%80%。 （3）虽然大容量变压器单位 容量造价低，但为保证供电运行方 式灵活，应考虑采用多台变压器。 （4）变压器容量的选择要考 虑变压器及其配套装置的一次性投 资，执行国家降损节能政策。 （5）变电站密集区，变电站 之间可以拉手互供，容量选择可以 适当减小，正常条件下分区域各自 供电，当不能满足供电输出时，可 靠周边的变电站通过联络线带部分 负荷。 实施变压器的经济运行，一般 应具备和满足以下条件： （1）新建变电站分期建设， 考虑负荷的增长首期一台变压器时， 要结合最终规模确定变压器容量， 变压器的负载率应贴近最佳经济运 行区域，一般在 75%以下为最佳， 若短期内不进行扩建，变压器不宜 满负荷运行。 （2）并列运行的多台变压器 应满足并联条件。 （3）变压器的技术参数，应 以变压器整体可靠性为基础，综合 考虑技术参数的先进性和合理性， 2 兼顾对系统安全的影响，充分考虑 变压器自身固有的综合损耗，在负 载损耗基本相同时，尽量选用空载 损耗小的变压器。 （4）装有备用变压器的变电 站，要选择综合功率损耗小的变压 器，要按负载的变化规律，合理选 择最佳组合方式，要通过调整负载， 提高负荷率，提高功率因数，使变 压器在经济运行区的优选段内工作。 （5）单台变压器经济运行区 平均负载系数 的上限为 1，下限 为 Pk / Po，(其中 Pk为变压器空载 损耗，P o为额定负载损耗)；经济 运行区优选运行段的平均负载系数， 的上限为 0.75，下限为 1.33（P k / Po）。 （6）变压器经济运行必须建立 在安全可靠供电的前提下，备用变 压器应有可靠的自动投入装置。 下面结合我公司三个变电站和 供电区域内不同的负荷性质，计算 变压器的容量并对经济运行进行分 析。 一、供电区域内为稳定负荷 西苑变电站区域内的用电负荷 稳定，基本在 35000kW 左右，且全 部为一、二类负载，为此，选择两 台双绕组、型式为 SFZ7-40000/110 的变压器，变电站 110kV 电源侧双 回线路供电；考虑供电的安全可靠 和电网的经济运行，110kV 线路一 主一备，装设无压自投装置；两台 变压器并列运行，10kV 负荷侧单母 线分段，投分段开关保护。两台变 压器损耗的性能参数如表 1： 变压器名 称 容量 （kVA ） 空载损 耗 P0（kW ） 负载损耗 （kW） 甲变 （1#） 40000 34.6 136.5 乙变 （2#） 40000 42.2 145.3 按工矿企业电力变压器经济 运行导则 ，对变压器容量选择的 经济性进行核算；得出变压器的最 佳负载系数分别为： 1= Pk1=50.3%。/0 2 = Pk2=53.9%。/02 为方便计算，假定两台变压器 并列运行时的负载分配平衡，两台 变压器实际运行的负载系数 =S/Sn=17500kVA/40000kVA=43.8%， 接近最佳经济运行点，在变 压器的经济负载区域范围内。两台 变压器运行损耗分别为： P 1= P01+ 2Pk1=34.6+ 2136.5=67.8kW P 2= P02+ 2Pk2=42.2+ 2145.3=70.1kW 可见，两台变压器的总损耗 P=P 1+P 2=137.9 kW。 3 甲变压器的损耗特性优于乙变 压器，两台变压器的效率为： =（P k-P）/P k=99.61%。 若正常安排一台变压器带全部 负荷，变压器的实际负载系数为： =S/Sn=35000kVA/40000kVA=87.5%。 两台变压器分别运行时的功率 损耗为：P 1= P01+ 2Pk1=34.6+ 2136.5=139.1kW P 2= P02+ 2Pk2=42.2+ 2145.3= 153.4kW 皆高于两台变压器并列运行时 的综合损耗 137.9 kW。 可以看出，两台 SFZ7- 40000kVA 的变压器，在并列运行时 处在经济运行区域内；且当一台变 压器故障或正常停电检修时，另一 台变压器能够承担正常供电任务， 满足安全可靠供电的基本要求。 二、供电区域内为季节性负荷 北铺店变电站共 110kV、35kV 和 10kV 三个电压等级，正常负荷 为 11MW，在农灌时达到 50MW；变 电站改造时，考虑正常负荷时变压 器运行的时间长，变压器的容量选 择无须过大，同时又要满足农灌高 负荷的需要，容量又不能太小，所 以选择安装两台变压器的方式，型 式为 SFSZ7-31500/110，额定容量 比为：31500/31500/31500；变电 站有两条 110kV 线路，正常运行方 式为 1 路主供，1 台变压器运行， 另一条线路单向备自投，两台变压 器的损耗性能参数如表 2： 变压器名 称 容量 （kVA ） 空载损 耗 P0（kW ） 负载损耗（kW） 高中 147.7 高低 143.8 甲变 （1#） 31500 31.8 中低 121.7 高中 146.9 高低 143.4 乙变 （2#） 31500 31.8 中低 119.32 按工矿企业电力变压器经济 运行导则 ，在此，仅考虑有功功 率损耗，对变压器容量选择的经济 性进行核算；由于变压器三侧绕组 容量相等，两台变压器的阻抗和变 比基本相同，为简化计算方法，采 用稳态工程计算式。计算 1#变压器 各侧额定负载损耗，分别为：高压 侧 Pk1=( Pk12+ Pk13-Pk23) /2=84.9kW，中压侧 Pk2= 62.8kW， 低压侧 Pk3=58.85kW；计算 2#变压 器各侧额定负载损耗分别为：高压 侧 Pk1= 85.49kW，中压侧 Pk2=60.14kW，低压侧 Pk3=57.91kW。 得出两台变压器一次侧绕组的 最佳负载系数分别为： 1J= =50.1%)/(2310kkP 4 2J = =52.7%)/(23120kkPpP 正常负载条件下，变压器实际 运行的负载系数 =S/Sn=11000kVA/31500kVA=35% 。 农灌时，变压器实际运行的负 载系数 =S/（Sn1+ Sn2） =50000kVA/63000 kVA=79%。 相比较得出：正常负载和农灌 时，变压器实际运行的负载系数在 其经济运行负载区域范围内。 正常方式下： 甲变压器运行时有功损耗 P1= P01+ 2Pk1=31.8+ 284.9=42.2 kW。 甲变压器效率 =（P k1- P1）/P k1=99.6%。 乙变压器运行时有功损耗 P2=P 02+ 2Pk2=31.8+ 285.49=42. 3kW 乙变压器效率 =99.6%。 两台变压器都运行时有功损耗 P= P02+ P02+（/2 ） 2（P k1+Pk2） =68.8 kW。 变压器效率 =99.37%。 可以看出，正常方式下，甲变 压器运行，较乙变压器和两台变压 器同时运行的总功率损耗都低。 农灌时两台变压器同时运行： 两台变压器都运行时有功损耗 P= P02+ P02+ 2（P k1+Pk2）= 170kW。 变压器效率 =99.66%。 可以看出，选择两台 31500kVA 的变压器能够满足负荷变化的需求。 三、变电站需要扩建或增容 栾庄变电站地处负荷中心地段， 95 年建设投运；随着经济的快速发 展，目前，区域内的用电负荷稳定 在 60000kW 左右，最高时可达 65000kW，所带负荷全部为一、二 类负载，原为两台双绕组、型式为 SFZ7-40000/110 的变压器；当一台 变压器停电检修或故障时，约有 5000 kW 的负荷能够通过 10kV 的线 路调至临近的变电站供电，有约 10000kW 的负荷不能供出，需要对 用户停电,在周围再建新变电站困 难的前提下，决定对变电站进行扩 建或增容，考虑了两种方案，一是 把两台变压器更换为容量为 63000kVA 的变压器，再是增加一台 40000kVA 的变压器，对两种方案进 行论证比较分析。变压器损耗的性 能参数如表 3 变压器名 称 容量 （kVA ） 空载损耗 P0（kW） 负载损耗 Pk（kW） 甲变 （1#） 40000 35.65 134.52 5 乙变 （2#） 40000 35.63 134.73 拟新增 3# 40000 35.63 134.73 拟更换 63000 *60 *260 表 中 *的 数 据 为 参 照 三 相 油 浸 电 力 变 压 器 技 术 参 数 和 要 求 给 出 的 标 准 数 据 。 原两台变压器运行，若负载为 60000kW 时，变压器的负载系数为 （假定变压器并列运行时的负载平 衡）： =S/Sn=60000kVA/80000kVA=75% 。 两台变压器并列运行时的有功 损耗分别为：P 1= P01+ 2Pk1=35.65+ 2134.52= 111.3kW。 P 2=P02+ 2Pk2=35.63+ 2134.73= 111.4kW。 总损耗功率 P=P 1+P 2=222.7kW。 若增加第三台变压器，则变压 器的负载系数 =S/Sn=600000kVA/120000kVA=50%。 三台变压器并列运行时的有功 损耗分别为：P 1= P01+ 2Pk1=35.65+ 2134.52= 69.3kW。 P 2= P 3= P02+ 2Pk2=35.63+ 2134.73= 69.3kW。 总损耗功率 P=P 1+P 2+P 3=207.9kW。 可见，三台变压器运行较两台 运行每年节约电能 A=TP=8760h（222.7- 207.9）kW=129648kWh。 若更换为两台 SFZ7-63000/110 的变压器运行； 其负载系数 =S/Sn=60000/126000=47.6% 。 两台变压器并列运行时的有功 损耗分别为：P 1=P 2= P0+ 2Pk=60kW+ 2260kW=119kW。 总功率损耗 P=P 1+P 2=238kW。 若单台 SFZ7-63000/110 的变压 器运行其负载系数 =S/Sn=60000kVA/63000kVA=95.2%。 变压器的有功损耗为： P 1=P 2= P0+ 2Pk=60kW+ 2260kW=295.8kW， 高于两台变压器并列运行的功率损 耗。 可见三台 SFZ7-40000/110 变压器运 行较两台 SFZ7-63000/110kVA 运行 每年节约电能 A=TP=8760h（238-207.9） kW=263676kWh。 可见三台 SFZ7-40000/110 变压 6 器运行较一台 SFZ7-63000/110kVA 运行每年节约电能 A=TP=8760h（295 .8- 207.9）kW=770000kWh 可以看出，我们选择增加一台 SFZ740000kVA 变压器的增容方案， 在改造投资基本不变的前提下，做 到了安全性和经济性的双重兼顾； 符合工矿企业电力变压器经济运 行导则的要求；且当一台变压器 故障或正常停电检修时，另两台变 压器能够承担正常供电任务，