电站负荷效益分析及电力干式变压器容量和台数
根据供电区变电站负荷供给和输出的情况，对干式变压器的类型、数量和容量的选择及其经济运行的门槛和要求进行了对比分析。结合实际现场运行实例，介绍了电力干式变压器经济运行与容量、数量选择之间的安全经济效益关系，并提出了相关注意事项。关键词：变电站；负载；干式变压器；容量选择；经济运行概论1为了满足社会用电和供电安全可靠的要求，在变电站新建、扩建和干式变压器增容的具体工作中，先要考虑的是根据变电站的供电负荷选择干式变压器的容量和数量；过大的容量选择增加了干式变压器本身及相关设备的购买、安装、运行和维护的投资，造成资金浪费；容量选择过小，不能满足供电需求，使干式变压器超负荷运行，造成设备损坏，影响变电站外部供电的安全可靠；但数量少，不能满足接线方式和供电可靠性要求，影响维修，缺乏必要的备用；配套设施过多增加投资，变电站布局困难，维护工作量增加，干式变压器容量和数量选择得当，既节省了一次性建设投资，又有利于干式变压器的安全经济运行，降低运行维护成本。结合干式变压器维护和运行的相关法规，结合作者在现场工作中的实践经验，提出了干式变压器容量和台数选择应遵循的原则及其经济运行的门槛和要求，比较了不同方案的经济技术和安全性，分析了干式变压器容量和台数选择应考虑的因素，并对供电负荷和干式变压器容量和台数的确定进行了全面的安全效益分析。2电力干式变压器容量和台数的选择原则变电站干式变压器的容量和台数是影响电网结构、供电安全、可靠性和经济性的重要因素。(2)干式变压器容量和数量的选择往往取决于地区负荷的现状和增长率、一次性建设投资以及周围上级电网或电厂提供负荷的能力。这取决于与之相连的配电设备的技术和性能指标、负载本身的性质和供电可靠性的要求、干式变压器的单位容量成本、系统的短路容量、运输和安装的门槛等。近年来，随着干式变压器制造技术的不断提高，干式变压器本身的质量和安全运行水平有了很大的提高；干式变压器空载损耗大幅下降，经济运行时干式变压器的负荷率持续下降家节能减排政策鼓励企业进行经济运行；我对新建、扩建和干式变压器扩容的数量和容量选择没有明确具体的规定，也是一个随着技术水平的提高而不断完善的系统工程，一般按照常规经验和规划师的观点进行；结合相关法规和制度，笔者认为一般应考虑以下因素：(1)干式变压器的额定容量应满足供电区域电力负荷的需要，即满足所有电气设备总计算负荷的需要，避免干式变压器长期过载运行。新建变电站干式变压器的容量应满足5~10年计划负荷的需要，防止不必要的扩建和增容，减少因扩建和增容造成的大面积、长期停电；对于具有高可靠性供电要求的变电站，较好一次安装两台干式变压器，并且 (3)虽然大容量干式变压器单位容量成本低，但在高负荷密度供电区建设大容量变电站可以节省投资，容量越大效果越明显；但为了保证供电的灵活运行方式，需要考虑多个干式变压器。单台干式变压器容量不宜过大或过小，应预留因负荷发展而扩容的可能性，实现变电站容量从小到大，干式变压器数量从小到大；城市变电站三台干式变压器的运行方式较为灵活可靠。(4)为了保证变电站灵活可靠的运行方式，减少和方便备用容量储备，便于与相连配电装置的配合，便于检修和维护，实现变电站的整体标准化和统一，干式变压器容量的类型应尽可能减少，一般不超过两种。在此，建议城市供电变电站统一干式变压器的容量等级。(5)在一定的容量范围内，损耗会随着容量的增加而减少，但节省下来的电费可能难以补偿投资成本的增加，而且需要开关等配套设备的开合能力，因此干式变压器容量的选择应考虑干式变压器及其配套设备的一次性投资。(3)落实家降损节能政策，必要时计算经济运行方式。(6)由于供电企业要求城市供电满足N-1的可靠性准则，干式变压器容量的选择既要满足上述阈值，又要考虑事故和检修条件下供电造成的经济损失和社会影响，至少要满足干式变压器停电后，部分负荷可以转移到周边变电站，而不影响所有用户正常用电需求的要求。(7)在供电企业的变电站密集区，由于变电站之间有接触供电线路，可以相互办理供电，干式变压器的容量选择可以适当减少。在正常阈值下，它们可以在不同的区域供电。当不能满足供电输出时，可以依靠周围变电站通过联络线承担部分负荷。但较终还是要考虑增加变电站的配电点或者增加干式变压器的数量，逐步满足负荷供电的要求。(8)对于低压侧有发电机组并网的变电站，干式变压器的容量也可适当减小，但容量选择应考虑如下：当区域负荷较小时，发电机组的额定容量可通过干式变压器正常输出到电力系统，干式变压器的容量必须大于发电机组的发电容量；干式变压器和发电机组的额定容量之和大于该区域的较大负荷；(3)发电机组停运时，干式变压器应能保证所有负荷70%~80%的供电不受影响，并保证一、二次负荷正常用电；(4)应与上层电网的设备参数适当匹配，以满足系统短路容量的要求。3电力干式变压器的门槛和经济运行要求 电力干式变压器经济运行是在确保干式变压器安全运行和满足对用户供电质量和可靠性的基础上，充分利用变电站的设备条件，择优选取干式变压器的运行方式，降低干式变压器本身的能量损耗，提高其电源侧的功率因数，实现降损节能的目标。供电负荷与干式变压器容量和台数的确定，关系到干式变压器经济运行的方式；实施干式变压器经济运行与变电站内干式变压器的台数、容量和干式变压器自身性能和损耗参数密切相关，是建立在确保安全可靠供电前提下的一项综合经济技术活动，贯穿电力干式变压器从设计选型、运行检修到退役的整个过程；在变电站建设、扩建和干式变压器增容时就要考虑其相关的因素和条件；实施干式变压器经济运行，就干式变压器和变电站设备本身一般应具备和满足以下条件，在干式变压器设计和选型时应充分给予考虑。 （1）新建变电站分期建设，考虑负荷的增长，先期只有一台干式变压器时，要结合较终规模确定干式变压器的容量，干式变压器的负载率应贴近较佳经济运行区域，一般在75%以下为较佳，若短期内不进行扩建，干式变压器不宜满负荷运行。 （2）并列运行的多台干式变压器应满足并联条件，即联结组别与相位关系相同；电压和变压比相同，允许偏差相同，调压范围内的每级电压相同；防止二次绕组之间因存在电动势差，产生循环电流，影响容量输出和烧坏干式变压器。短路阻抗相同，控制在10%的允许偏差范围内(1)；容量比在0.5~2之间；保证负荷分配均匀，防止短路阻抗和容量小的干式变压器过载，而容量大和短路阻抗大的干式变压器欠载，短路阻抗的大小必须满足系统短路电流的要求，否则应采取限制措施。 （3）选用电力干式变压器的技术参数，应以干式变压器整体的可靠性为基础，综合考虑技术参数的先进性和合理性，兼顾对系统安全的影响，充分考虑干式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干式变压器，负载损耗满足标《三相油浸式电力干式变压器技术参数和要求》(4)。 （4）电力干式变压器在负载区域运行时，其绕组、线夹、引线、绝缘油及绝缘部件的温度不宜过高，在干式变压器负载导则规定的温度限值内，避免高温度下运行，绝缘老化加快而缩短干式变压器的寿命和引发损坏事故(3)。也要防止干式变压器高温度运行，引起干式变压器自身损耗过大，影响输出效率，造成不必要的电能浪费。 （5）在装有备用干式变压器的变电站，要选择综合功率损耗（应该把干式变压器的冷却功率计算在内）小的干式变压器投入运行，要按负载的变化规律，合理选择较佳组合方式，要通过调整负载，提高负荷率，提高功率因数，使干式变压器在经济运行区的优选段内工作。 （6）单台干式变压器经济运行区平均负载系数，β的上限为1，下限为Pk/Po，(其中Pk为干式变压器空载损耗，Po为额定负载损耗)；经济运行区优选运行段的平均负载系数，β的上限为0.75，下限为1.33（Pk/Po）。 （7）干式变压器经济运行必须建立在安全可靠供电的前提条件下，备用干式变压器应有可靠的自动投入装置相配套，保证在相临干式变压器故障时自动投入运行，确保不中断正常供电。 （8）安排干式变压器并列运行方式，要对联络开关的额定折断容量进行核算，防止系统短路故障时因开关遮断容量不足而损坏设备，影响故障点的自动隔离；分列运行的母线联络开关备用电源自投动作时，应能自动断开接入母线侧的其它电源的开关。 4实例1：变电站的季节性负荷与干式变压器的容量选择 某农业变电站，共110kV、35kV和10kV三个电压等级，正常负荷为11MW，在农灌时负荷达到50MW；变电站改造时，我们考虑正常负荷时干式变压器运行的时间长，每年300天左右，干式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，所以选择安装两台干式变压器的方式，干式变压器型式为SFSZ7-31500/110，干式变压器的额定容量比为31500/31500/31500；变电站有两条110kV线路供电，正常运行方式为1条110kV线路主供，1台干式变压器运行，另一条线路单向备用电源自投，两台干式变压器的损耗性能参数如表1所示。 表1某农业变电站干式变压器损耗参数比较表
