站用變壓器在小型水利水電工程中的應(yīng)用探究

肖天澤

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635）

站用變壓器在小型水利水電工程中的應(yīng)用探究

肖天澤

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510635）

小型水利水電工程，如小型水力發(fā)電廠或排澇泵站，其年利用小時(shí)數(shù)較低，非發(fā)電（非排澇）工況時(shí)間較長，導(dǎo)致其主變壓器的空載損耗較大。針對(duì)該種情況，設(shè)置可滿足電站最小負(fù)荷要求的站用變壓器在機(jī)組停機(jī)時(shí)運(yùn)行，可減少主變的空載損耗。但在較多工程設(shè)計(jì)中，站用變的配置并不能達(dá)到很好的節(jié)能效果，且經(jīng)濟(jì)性較差。對(duì)此，通過若干工程實(shí)例來分析設(shè)計(jì)中存在的誤區(qū)，并提出較為詳細(xì)的應(yīng)用條件以及設(shè)計(jì)依據(jù)，使設(shè)計(jì)更加合理，達(dá)到預(yù)期的降耗節(jié)能效果。

水利水電；節(jié)能；變壓器；空載損耗

小型水力發(fā)電站的年利用小時(shí)數(shù)往往不高，因此其主變壓器往往長期處在接近于空載運(yùn)行的狀態(tài)，這就造成了主變較大的空載損耗。取水泵站年利用小時(shí)數(shù)較高，不存在此類問題，但與之相反，電排站的排澇時(shí)間僅僅數(shù)百小時(shí)，主變存在損耗較大。因此在設(shè)計(jì)當(dāng)中大多為小型水力發(fā)電廠與電排站配置站用變壓器，使其作為非發(fā)電（非排澇）時(shí)間的電源，以此低空載損耗。

1 站用變的應(yīng)用分析

小型水利水電工程技術(shù)成熟，原理相對(duì)簡單，因此在設(shè)計(jì)中往往憑借經(jīng)驗(yàn)：只要年利用小時(shí)數(shù)低，或主變與站用變?nèi)萘勘雀?，就設(shè)置站用變，便可以有效地降低主變的空載損耗。但經(jīng)過對(duì)多數(shù)工程實(shí)例進(jìn)行探究后發(fā)現(xiàn)，這種設(shè)計(jì)思路由于考慮因素過于單一，往往不能達(dá)到預(yù)期的節(jié)能降耗效果。本文通過對(duì)若干工程實(shí)例的分析，探究了站用變壓器在小型水利水電工程中的應(yīng)用條件。

1.1 經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的局限

年利用小時(shí)數(shù)低，主變與站用變?nèi)萘勘雀?，往往不能作為設(shè)置站用變的全部條件，很多因素也應(yīng)考慮在內(nèi)，以下通過實(shí)例一與實(shí)例二給出分析。

實(shí)例一：某水電廠裝機(jī)容量為2x250kW，母線電壓0.4kV；主變?nèi)萘?30kVA，站用變壓器50kVA，兩變壓器容量相差12倍；年利用小時(shí)為3000小時(shí)左右，在不發(fā)電的時(shí)間，水電站近5000小時(shí)處于值班值守的狀態(tài)。在不發(fā)電狀態(tài)下，50kVA站用變壓器接近滿載運(yùn)行，功耗以照明功耗、二次設(shè)備能耗為主，同時(shí)在母線上連接有管理樓負(fù)荷30kW以及附近自然村負(fù)荷30kW。電站的主接線圖如圖1所示。

從電站的數(shù)據(jù)可以看出，停機(jī)時(shí)間長、主變?nèi)萘颗c站用變?nèi)萘勘群艽?，站用變的投入必然?huì)大大減小主變的空載損耗，但實(shí)際是否如此，以下將給出分析計(jì)算。

根據(jù)《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》P32，變壓器損耗公式如下：

A——變壓器損耗電能（kWh）

PO——變壓器空載損耗（kW）

Pm——變壓器負(fù)載損耗（kW）

T——變壓器運(yùn)行時(shí)間（h）

τ——變壓器損耗小時(shí)數(shù)（h），可參照《水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)》P32表1-24得出。

又根據(jù)《干式變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》GBT 10228-2008，提取干式變壓器的損耗數(shù)據(jù)，如表1所示。

圖1 某0.4kV小型水利發(fā)電廠主接線

表1 干式變壓器損耗國家標(biāo)準(zhǔn)

發(fā)電工況計(jì)為3000小時(shí)，主變壓器能耗：

非發(fā)電工況按5000小時(shí)計(jì)，若不投入站用變，主變壓器損耗：

上式可以看出當(dāng)電站處于非發(fā)電工況，變壓器的損耗主要來自于630kVA主變壓器的空載損耗。

在非發(fā)電工況下，斷開主變，投入站用變壓器，其損耗為：

損耗差值：

由此看出為電站配置站用變之后損耗僅減少2325kWh，節(jié)能效果并不理想，相比于需要增加的變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備、低壓斷路器以及電纜等設(shè)備，需要約4萬元的投資，這是十分不經(jīng)濟(jì)的。

經(jīng)過對(duì)計(jì)算過程進(jìn)行探究，發(fā)現(xiàn)在非發(fā)電工況下，負(fù)載主要來自于電站生活區(qū)與附近自然村的負(fù)荷，且負(fù)荷較大，這使得站用變壓器的負(fù)載損耗很大，這便相當(dāng)于以50kVA站用變壓器的負(fù)載損耗代替了630kVA主變的空載損耗，兩者相差并不大，所以沒有達(dá)到預(yù)期的節(jié)能效果。

由此看出，當(dāng)電站年利用小時(shí)數(shù)低、主變與站用變?nèi)萘勘雀叩碾娬九渲谜居米?，并不一定能起到?jié)能效果。站用負(fù)荷的大小也應(yīng)考慮在內(nèi)，當(dāng)非發(fā)電工況下站用負(fù)荷較大，配置站用變壓器并不科學(xué)。

實(shí)例二：相較實(shí)例一，電排站的年利用小時(shí)數(shù)更低，一般在200小時(shí)左右，配置站用變的效果一定會(huì)更佳，但實(shí)際站用變的配置效果也不理想。

某電排站主變壓器315kVA，空載損耗0.99kW，負(fù)載損耗3.67kW，站用變壓器50kVA，空載損耗0.31kW，負(fù)載損耗1.06kW。排澇時(shí)間按200h計(jì)，非排澇狀時(shí)間按3000小時(shí)計(jì)。 采用類似于實(shí)例一的算法，非排澇時(shí)段315kVA變壓器產(chǎn)生的損耗：A4≈3000kWh。50kVA變壓器產(chǎn)生能耗：A5≈1270kWh。315kVA變壓器與50kVA變壓器的損耗差值：

A4-A5=3000-1270=1730kWh

由以上計(jì)算結(jié)果可見，節(jié)能效果也并不理想。造成這種情況的原因主要是由于電站總?cè)萘啃?，主變?nèi)萘啃。蛰d損耗本就不大。相較于站用變壓器以及相應(yīng)開關(guān)、電纜等設(shè)備的投資，節(jié)省的電能非常有限。

通過實(shí)例二可看出，在年利用小時(shí)數(shù)已經(jīng)很低的電排站中應(yīng)用站用變，沒有考慮電站總?cè)萘康拇笮?，?jié)能效果也一樣不理想。

1.2 以計(jì)算為基礎(chǔ)應(yīng)用條件

從以上分析可以看出，年利用小時(shí)數(shù)小、主變與站用變?nèi)萘勘却?，都不可作為?yīng)用站用變的全部條件，電站容量、站用變負(fù)荷大小等因素也應(yīng)考慮在內(nèi)，考慮點(diǎn)較多，且沒有較有力的數(shù)據(jù)作為支撐。筆者認(rèn)為，通過應(yīng)用變壓器能耗計(jì)算公式，計(jì)算出主變與站用變?cè)诜前l(fā)電（排澇）時(shí)的能耗差值，才是判斷是否起到降耗效果的關(guān)鍵因素。并通過實(shí)例三，以單位功率投資為標(biāo)準(zhǔn)作為判定方法，來加以分析說明。

實(shí)例三：某水電廠裝機(jī)容量為550kW，主變?nèi)萘?00kVA，站用變?nèi)萘?00kVA，母線電壓0.4kV，年利用小時(shí)為2500小時(shí)，不發(fā)電時(shí)，最低負(fù)荷視在功率約25kVA。

發(fā)電工況下800kVA變壓器的能耗：

通過對(duì)比計(jì)算，在非發(fā)電工況下，站用變壓器比主變壓器的損耗減少了9434.5-2902.9=6531.6kWh，變壓器總能耗損失降低了

電站的節(jié)能效果判斷：

2 結(jié)論

通過對(duì)三個(gè)實(shí)例的計(jì)算分析，可知在0.4kV的小型水電工程設(shè)計(jì)當(dāng)中，年利用小時(shí)數(shù)低、主變與站用變?nèi)萘勘雀?，并不能作為?yīng)用站用變的全部條件，電站容量、站用變負(fù)荷的容量大小也應(yīng)考慮在內(nèi)。因此，經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)有時(shí)并不可靠，需要借助變壓器能耗計(jì)算公式來得出非發(fā)電（排澇）工況下的主變能耗，才能得出判斷：能耗差值越大，站用變的應(yīng)用越合理。特別對(duì)于小型水電廠，將能耗差值與設(shè)備投資換算得出每千瓦投資，與上一年的水電廠平均成本作比較，可作為判斷應(yīng)用站用變合理與否的標(biāo)準(zhǔn)。

在設(shè)計(jì)工作中，經(jīng)驗(yàn)判斷并不完全可靠，符合理論依據(jù)的分析計(jì)算才是評(píng)判設(shè)計(jì)是否合理的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)無法得出肯定的結(jié)論時(shí)，不妨查找公式并作出計(jì)算，才能使設(shè)計(jì)趨于合理。

[1] 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)—電氣一次[M].北京：水利電力出版社，1982.

[2] 干式變壓器技術(shù)參數(shù)和要求GBT 10228-2008[Z].

[3] 李定中.國水電開發(fā)的新常態(tài)[C].2015年水利水電工程學(xué)會(huì)電氣學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集，2015.

The Application Research of Auxiliary Transformer in Small Hydraulic and Hydropower Project

XIAO Tian-ze
(Guangdong Provincial Investigation, Design and Research Institute of Water Conservancy and Electric Power,Guangzhou 510635, China)

The no-load loss of main transformer is very high in small hydraulic and hydropower project such as small hydropower station and drainage pump station. In order to solve this problem, an auxiliary transformer is commonly utilized when the station stays in standby mode. However, in many projects this method does not achieve the expected energy saving target. In this article, the reasons are analyzed and the application misunderstandings are illustrated with several projects as examples. Detailed design basis and modified plan are given to ensure the design is more effective and economical.

hydroelectric; energy saving; transformer; no-load loss

TM407

A

1672-2841（2016）01-0036-03

2016-02-25

肖天澤，男，助理工程師，碩士，主要從事水利電氣技術(shù)電氣一次設(shè)計(jì)工作。