變電站站用變壓器節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案探討

孫長文　趙永

摘 要：國家電網(wǎng)公司500kV變電站典型設(shè)計(jì)方案中配置三臺站用變壓器（#1、#2、#0），變壓器容量普遍較高，常年在低負(fù)載率下運(yùn)行，運(yùn)行效率不高；所采用的站用變壓器多為S11系列配電變壓器，能效水平與國家對通用設(shè)備節(jié)能水平要求尚存差距；#0站用變壓器作為備用變壓器，長期熱備用運(yùn)行，不帶負(fù)載，增加不必要的損耗。本文針對上述問題，探討并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)的方案，供讀者參考。

關(guān)鍵詞：變電站站用變壓器；節(jié)能；優(yōu)化設(shè)計(jì)；方案探討

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）16-0165-03

1 工程概況

某500kV變電站本期建設(shè)500kV主變2×1000MVA，遠(yuǎn)景主變4×1000MVA；本期500kV出線4回，遠(yuǎn)景出線8回；220kV本期10回，遠(yuǎn)景16回。本工程新建3臺額定容量為800kVA的35kV站用變壓器，滿足變電站本期、遠(yuǎn)景站用電需要。

2 站用變壓器設(shè)計(jì)方案

該500kV變電站站用變壓器為3臺三相油浸式變壓器，額定電壓為35/0.4kV，其中#1、#2為工作變壓器，采用有載調(diào)壓變，電源分別取自#2、#3主變低壓側(cè)；#0備用變采用無載調(diào)壓變，電源取自專用的35kV站外電源線路上。

（1）站用變壓器額定容量為800kVA。（2）站用變壓器選用S11系列低損耗變壓器，型號為SZ11-M-800/35，設(shè)備招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書要求空載損耗不大于980W，額定負(fù)載損耗不大于8880W。（3）正常方式下#1、#2工作變壓器同時(shí)運(yùn)行，各帶一半站用電負(fù)荷，并互為備用；#0備用變處于熱備用狀態(tài)。

站用變壓器詳細(xì)技術(shù)參數(shù)見表1。

3 節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 優(yōu)化選擇變壓器額定容量選擇

本工程設(shè)計(jì)方案直接采用國家電網(wǎng)公司典型設(shè)計(jì)方案和典型設(shè)備方案，站用變壓器3臺，每臺額定容量為800kVA。

《220kV-500kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5155），站用變壓器容量應(yīng)按遠(yuǎn)景站內(nèi)用電負(fù)荷考慮，每臺站用變壓器應(yīng)能滿足全站站用電設(shè)備的用電需要。本文按每臺站用變壓器能滿足全站遠(yuǎn)景站用電負(fù)荷供電要求的原則，統(tǒng)計(jì)計(jì)算全站遠(yuǎn)景站用電負(fù)荷，根據(jù)站用電負(fù)荷供電需求優(yōu)化確定站用變壓器額定容量。

全站遠(yuǎn)景站用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算。該500kV變電站全站遠(yuǎn)景站用電負(fù)荷統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果見表2。

表2中遠(yuǎn)景站用電設(shè)備動(dòng)力負(fù)荷P1為446.5kVA，電熱負(fù)荷P2為152.14kVA，照明負(fù)荷P3為52.5kVA。

根據(jù)《220kV-500kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5155），動(dòng)力負(fù)荷需要系數(shù)K1取0.85，電熱負(fù)荷需要系數(shù)K2取1，照明負(fù)荷需要系數(shù)K3取1，則遠(yuǎn)景站用電負(fù)荷為：S=K1×P1+K2×P2+K3×P3=0.85×446.5+1×152.14+ 1×52.5=583.86（kVA）。

站用變壓器正常運(yùn)行時(shí)負(fù)載率均較低，其損耗主要為空載損耗，從節(jié)約能源和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的角度看，在滿足《220kV-500kV變電所所用電設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5155）對站用變壓器額定容量的要求下，宜盡可能選用額定容量較低的站用變壓器以降低空載損耗。

采用額定容量為800kVA的站用變壓器，正常運(yùn)行方式下兩臺站用變各帶一半站用電負(fù)荷，負(fù)荷率僅為36.44%，負(fù)荷率較低，而且S11-M-800/35型站用變壓器空載損耗為980W，空載損耗較大，長期處于低負(fù)荷水平下運(yùn)行，經(jīng)濟(jì)性較差。

采用額定容量為630kVA的站用變壓器，正常運(yùn)行方式下兩臺站用變各帶一半站用電負(fù)荷，負(fù)荷率為46.27%，負(fù)荷率有所提高；極端情況下，一臺站用變向全站負(fù)荷供電時(shí)，最大負(fù)載率為92.54%，能滿足全站供電要求，而且S11-M-630/35空載損耗為820W，對比額定容量為800kV的站用變壓器，空載損耗降低16.33%。

若采用額定容量為500kVA的站用變壓器，檢修或故障時(shí)當(dāng)一臺站用變向全站負(fù)荷供電時(shí)，最大負(fù)載率為116.7%，供電可靠性和安全性將受到影響。

因此本文綜合考慮節(jié)能和供電安全可靠性，建議采用額定容量為630kVA的站用變壓器。安徽合肥肥北500kV變電站采用了該優(yōu)化方案，目前運(yùn)行狀況良好。

3.2 選擇更為節(jié)能的低損耗站用變壓器

站用變壓器由于負(fù)載率普遍偏低，空載損耗在總損耗中占比很大?？蛰d損耗又稱為鐵損，主要是由于變壓器鐵芯的磁滯引起的。該站站用變壓器采用S11系列變壓器，其鐵芯由硅鋼片制成，空載損耗較大。目前S11系列變壓器尚能滿足國家節(jié)能要求，但隨著國家節(jié)能降耗要求越來越高、技術(shù)政策越來越嚴(yán)以及高效低耗變壓器產(chǎn)品的不斷推廣應(yīng)用，不遠(yuǎn)的將來，S11系列變壓器將成為落后淘汰產(chǎn)品，國家將控制、甚至?xí)故褂谩Ｒ虼吮M早采用更為節(jié)能的低損耗變壓器，是節(jié)能降耗、滿足國家技術(shù)政策的需要。

近年來非晶合金材料在變壓器鐵芯制造中應(yīng)用越來越廣泛和成熟，由非晶合金材料制造變壓器鐵芯，變壓器空載損耗大為降低，負(fù)載損耗也有所降低。目前主要廠家生產(chǎn)的SCH15-M-630/35型干式非晶合金變壓器空載損耗已低至380W，負(fù)載損耗已低至5960W；油浸式非晶合金變壓器空載損耗已低至320W，負(fù)載損耗已為6200W。

此外目前S13系列變壓器生產(chǎn)廠家眾多，產(chǎn)品已逐步推廣使用，技術(shù)成熟。其中S13-M-630/35三相油浸式配電變壓器空載損耗約為580W，負(fù)載損耗約為6200W，較S11系列變壓器損耗顯著降低，能效較S11系列變壓器顯著提高。

S15型非晶合金變壓器與S11、S13型硅鋼片變壓器的能耗指標(biāo)比較結(jié)果見表3。

由表3可見，SCH15系列非晶合金變壓器空載損耗不到同容量S11系列硅鋼片變壓器空載損耗的50%，而負(fù)載損耗也僅為同容量S11硅鋼片變壓器的80%；S13系列硅鋼片變壓器空載損耗比同容量S11系列硅鋼片變壓器降低約30%，負(fù)載損耗降低約16.5%。SCH15系列非晶合金變壓器、S13系列硅鋼片變壓器比S11硅鋼片變壓器能效水平顯著提高。

本文建議該站站用變壓器試用S15系列非晶合金變壓器，也可以選擇S13系列硅鋼片變壓器。

3.3 優(yōu)化備用站用變壓器運(yùn)行方式

按設(shè)計(jì)，該站#0站用變正常處于熱備用狀態(tài)，不帶負(fù)荷，但由于常年帶電，將產(chǎn)生空載損耗，本文認(rèn)為這種運(yùn)行方式不合理。

建議#0備用站用變壓器正常運(yùn)行方式由熱備用改為冷備用，調(diào)整站用電源備自投裝置邏輯，必要時(shí)可自動(dòng)投入或手動(dòng)投入#0備用變壓器，滿足電力規(guī)程規(guī)范對500kV變電站站用電源可靠性的要求。

4 節(jié)能優(yōu)化設(shè)計(jì)效果分析

4.1 優(yōu)化選擇站用變壓器容量的效果分析

本站改用630MVA站用變壓器，即使仍采用S11系列硅鋼片變壓器，三臺站用變壓器每年可節(jié)電4200kWh，可見減小站用變壓器容量具有一定的節(jié)能效果。站用變壓器壽命按40年考慮，整個(gè)壽命周期可節(jié)電16.8萬kWh，而且站用變壓器容量減小，一定程度上還減少了設(shè)備費(fèi)用。

4.2 采用更為節(jié)能的低損耗站用變壓器的節(jié)能效果分析

以S15系列非晶合金變壓器為例，其空載損耗不到同容量S11系列硅鋼片變壓器空載損耗的50%，而負(fù)載損耗也僅為同容量S11硅鋼片變壓器的80%，500kV變電站的站用電負(fù)荷水平較低的運(yùn)行條件下，采用S15系列非晶合金變壓器比同容量S11硅鋼片變壓器約減少40%的電能損耗。

該站若采用額定容量為630MVA的S11系列硅鋼片站用變壓器，投運(yùn)初期兩臺工作站用變壓器每年耗能約1.4萬kWh。若采用S15系列非晶合金站用變壓器投運(yùn)初期每年可節(jié)能6000kWh，遠(yuǎn)景年每年可節(jié)約電能損耗10000kWh以上，可見采用S15系列非晶合金站用變壓器節(jié)能效果顯著。

經(jīng)查近期價(jià)格信息資料，并向變壓器廠家詢價(jià)目前S11-M-630/35系列三相油浸式變壓器價(jià)格約為15.5萬元/臺，而S15-M-630/35系列非晶合金三相油浸式變壓器價(jià)格約為19萬元/臺，每臺比S11系列多投資3.5萬元。該500kV變電站兩臺工作站用變?nèi)舨捎肧15系列變壓器，將增加投資7萬元，每年減少電能損耗6000-10000kWh，平均按減少電能損耗8000kWh計(jì)算，所在地35kV大工業(yè)用戶電價(jià)為0.618元/kWh，估算投資回收期為14年，可以在站用變壓器使用壽命內(nèi)通過節(jié)省電能損耗收回增加的投資。

4.3 優(yōu)化備用站用變壓器運(yùn)行方式的節(jié)能效果分析

原設(shè)計(jì)方案中考慮#0備用站用變壓器常年處于熱備用狀態(tài)，現(xiàn)考慮修改備自投邏輯，改其運(yùn)行方式為冷備用方式，必要時(shí)投入運(yùn)行。優(yōu)化方案不需要增加投資，備用站用變壓器仍采用S11系列變壓器；由于正常運(yùn)行采用冷備用方式，年節(jié)約空載損耗電量約7000kWh。

5 結(jié)語

本文建議，按實(shí)際供電需求，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)程要求的前提下，優(yōu)化選擇變壓器額定容量選擇，該500kV變電站兩臺工作站用變壓器額定容量由800kWh減小為630kWh，并采用S15系列非晶合金變壓器；#0備用變壓器正常運(yùn)行方式由熱備用改為冷備用。采取上述優(yōu)化方案后，每年可節(jié)約電能損耗1.7-2.1萬kWh，有較好的節(jié)能效果。其他電壓等級的變電站，也可采用這種思路配置容量合理的低損耗變壓器，并加強(qiáng)站用變壓器運(yùn)行方式的管理，節(jié)約電能損耗。

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