基于配電自動化的變壓器經(jīng)濟智能運行方案探索

劉暢

摘 要：降低電網(wǎng)的線損是電網(wǎng)企業(yè)管理和運行工作的重點和難點。本文闡述了用于民用建筑的配電變壓器大多數(shù)時間實際負(fù)荷遠(yuǎn)離配電變壓器經(jīng)濟運行區(qū)間的特點，分析了占線損中重要比重的變壓器損耗特性，提出了將兩臺或多臺變壓器并聯(lián)運行，低壓側(cè)單母線分段，由配電自動化終端裝置根據(jù)用戶負(fù)荷情況和變壓器容量自動投切變壓器的方案，來達(dá)到一種智能、經(jīng)濟的配電變壓器運行狀態(tài)。

0引言

降低線損一直以來是我們供電企業(yè)的工作重點和難點，以城南供電分公司年售電量65.01億千瓦時，10kv線損為2.7%，如果售電均價按0.49元/千瓦時計算，如果將10kv線損折合成人民幣約為是8500多萬元，我們的10kv線損率能降低0.1個百分點，相當(dāng)于節(jié)約了318萬元，也就是為公司增加了318萬的效益。

對于10kv線損的重要一環(huán)，變壓器損耗，我們以往降低變壓器損耗的做法，通常是更換更加節(jié)能的新型變壓器，從最早的S7級變壓器到S11級，再到今天的S16級非晶合金變壓器，這種不斷使用空載損耗更小的設(shè)備方法，節(jié)能效果非常明顯。因此，依靠變壓器生產(chǎn)廠家的技術(shù)進(jìn)步來降低變壓器能量損耗的思想已經(jīng)成為一種主流觀念。

但作為供電運行部門的專業(yè)管理人員，有對所管轄區(qū)內(nèi)的配電變壓器運行情況和配置情況非常了解的優(yōu)勢，因此也要從另一個側(cè)面思考了降低變壓器損耗的方法。以我們多年觀測和分析的經(jīng)驗來看，在民用電比較集中的地區(qū)，全年最高負(fù)荷一般出現(xiàn)在夏季最熱和冬季最冷的幾周時間里，而在其他時間，變壓器負(fù)荷都比較小，這種現(xiàn)象在我們的配電變壓器上非常普遍。我們所有的變壓器的年平均負(fù)荷率在10%～12%之間，也就是說大量變壓器全年實際都運行在一個遠(yuǎn)離經(jīng)濟運行區(qū)的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，空載損耗之大可想而知。

因此，我們認(rèn)為在負(fù)荷密集、使用多臺變壓器供電的居民小區(qū)內(nèi)，可以使用一種全新的配電變壓器配置和運行方式，可以在夏季高負(fù)荷的情況下，投入全部的變壓器，滿足用戶最大用電需求；而在平時負(fù)荷較低時間里，停運部分變壓器，讓一臺或一部分變壓器帶走全部負(fù)荷，減少不必要變壓器損耗。

這種想法在電網(wǎng)傳統(tǒng)運行模式下會大量增加配電運行人員的負(fù)擔(dān)，同時也有一些不可靠因素存在，但在智能電網(wǎng)（smart gird）實現(xiàn)的條件下，似乎變成了可能。本文對此想法的可行性和其所帶來的經(jīng)濟效益進(jìn)行了探索。

1 城區(qū)配電變壓器運行情況分析

1.1城區(qū)配電變壓器負(fù)荷變化特點

我們所管轄區(qū)內(nèi)的負(fù)荷類型，絕大多數(shù)的是民用電和小型商業(yè)用電。以我們多年觀測和分析的經(jīng)驗來看，這種負(fù)荷類型可以歸納為兩種情況：

第一種情況是在冬季有供暖區(qū)域，全年最高負(fù)荷都出現(xiàn)在夏季最炎熱的時間里，尤其在每年七月末和八月初的兩周時間，配電變壓器的最高負(fù)荷是全年其他時間最高負(fù)荷的兩至三倍，多為空調(diào)負(fù)載。

第二種情況是在無暖氣供應(yīng)地區(qū)，最高負(fù)荷出現(xiàn)在炎熱夏季和冬季最寒冷的幾周，而在其他時間里配電變壓器的負(fù)載同樣非常小。

綜合這兩種情況，經(jīng)過統(tǒng)計，我們大部分的配電變壓器每年只有4%——10%的天數(shù)里負(fù)荷較大，其他時間里處于低負(fù)載狀況。

1.2配電變壓器不斷增容與平均負(fù)載率低

根據(jù)計算，我們所有的變壓器的年平均負(fù)荷率在10%～12%之間，但供電部門在負(fù)荷密集區(qū)仍不斷增容變壓器。原因是為了保證全年內(nèi)一小段負(fù)荷高峰期內(nèi)居民用電的可靠性，而帶來的代價則是承擔(dān)全年其他時間里，變壓器大多運行在一個遠(yuǎn)離經(jīng)濟運行區(qū)的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，從而產(chǎn)生大量的空載損耗。如果考慮配電變壓器的數(shù)量級，所有配電變壓器全年非負(fù)荷高峰期的空載損耗總量是十分驚人的。

1.3配電變壓器的分布形式

傳統(tǒng)10kv配電變壓器的站址選擇是根據(jù)負(fù)荷分布情況，在每片負(fù)荷的中心地區(qū)設(shè)置一臺變壓器，這樣做可以減少低壓線路損耗。但隨著城市的快速發(fā)展，市區(qū)內(nèi)高層建筑越來越多，負(fù)荷也越來越密集。在許多新建的小區(qū)內(nèi)，往往在小區(qū)內(nèi)設(shè)置一座配電站房，配置兩臺至四臺變壓器。

2 配電變壓器的智能經(jīng)濟運行

2.1配電變壓器的經(jīng)濟運行方案

變壓器經(jīng)濟運行是指在傳送負(fù)荷相同的條件下，通過擇優(yōu)選取最佳運行方式，使變壓器損耗降至最低。換言之，經(jīng)濟運行就是充分發(fā)揮變壓器效能，合理地選擇運行方式，從而降低自身損耗。

通過以上的分析，我們提出了可以使用一種全新的配電變壓器配置和運行方式，這種方式概況來講是將在一起的兩臺變壓器并列運行，在高負(fù)荷時兩臺變壓器同時投運滿足所需用電要求，而在低負(fù)荷時只用一臺變壓器帶兩個臺區(qū)的全部負(fù)載，減少低負(fù)荷時不必要的變壓器空載損耗。

2.2配電自動化條件下實現(xiàn)變壓器的智能運行的優(yōu)勢

對于上文敘述的方案，在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)條件下真正運行起來，會存在許多瓶頸，但在實現(xiàn)智能配電即配網(wǎng)層面上實現(xiàn)了計算機遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制的條件下，許多問題迎刃而解，我們對所此做了如下分析：

（1）減小運行人員的勞動強度。

配電層面設(shè)備數(shù)量級是驚人的，考慮現(xiàn)有的配變數(shù)量和配電運行人員配置，在傳統(tǒng)配電網(wǎng)條件下大面積使用這種配電變壓器的動態(tài)投退運行管理模式，會給配電運行人員的帶來較大的管理難度。

在配電自動化條件下，智能配電終端會根據(jù)變壓器的容量、負(fù)荷大小進(jìn)行計算，自動按變壓器經(jīng)濟運行的方式投切變壓器，減輕調(diào)度人員和運行人員的勞動強度。

（2）增加監(jiān)控，提高了可靠性。

使用此方法，使設(shè)備動態(tài)運行，比靜態(tài)的運行方式增加了復(fù)雜性，自然也增加了一層安全隱患。如果設(shè)備出現(xiàn)異常，而我們又不能隨時掌握變壓器的投切情況、運行情況、變壓器是否過負(fù)荷等信息，會造成非常大的風(fēng)險。

在配電自動化條件下，在需要監(jiān)測的地方加裝傳感器，通過信息遠(yuǎn)程傳送，并經(jīng)過計算機后臺處理，我們可以隨時監(jiān)測每臺變壓器的運行狀況，得到異常設(shè)備的告警，降低風(fēng)險。

（3）可以靈活判斷和決策。

如果采用變壓器根據(jù)負(fù)荷變化動態(tài)投切的模式，就需要對負(fù)荷隨時進(jìn)行監(jiān)控，在沒有監(jiān)控條件下，單純按往年經(jīng)驗決定是否投切變壓器，由于配電層面上的情況是千差萬別的，如果本年情況不同，會造成變壓器投切的不及時等問題，后果非常嚴(yán)重。

在配電自動化條件下，智能配電終端會根據(jù)變壓器的容量、負(fù)荷大小進(jìn)行計算，自動按變壓器經(jīng)濟運行的方式投切變壓器，防止投切不及時帶來的危害。例如：可以設(shè)置單臺變壓器負(fù)荷超過80%就自動投入另一臺變壓器，而兩臺變壓器平均負(fù)荷低于40%則自動切除其中的一臺；也可以在迎風(fēng)度夏期間切換至人工控制模式，強制命令所有變壓器投運，過后再切換到智能終端自動投切模式，降低風(fēng)險。

總之，在實現(xiàn)了配電自動化的條件下，給我們管理和動態(tài)運行變壓器，帶來了無限的可能。

3 結(jié)語

隨著城市的快速發(fā)展，城市人口密度不斷加大，高層林立、高負(fù)荷密度的建筑取代原有建筑已經(jīng)成為趨勢，越來越多的配電變壓器會按集中形式分布。這也給我們帶來了重大的機遇，如果能隨著城市的不斷建設(shè)有規(guī)劃的建設(shè)配電自動化，使配電變壓器能經(jīng)濟運行，不但能產(chǎn)生足夠的經(jīng)濟效益，也會為我國的智能電網(wǎng)建設(shè)增加不少特色。

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