110kV變電站變壓器的經濟運行分析

1 概述

變電站主變經濟運行方式是指在不影響供電負荷條件下，通過選取最佳的運行方式，使變壓器電能損耗降到最低。目前，山東萊蕪市110kV變電站都安裝了兩臺主變。日常的運行方式為：當負荷小于小容量主變的額定容量時，只投入小容量主變一臺；當負荷在兩臺主變額定容量之間時，則只投入大容量主變一臺；當負荷大于大容量主變的額定容量時，則投入兩臺主變。一些人認為這樣就可以在負荷低于大容量主變的額定容量時，通過減少投入一臺變壓器，起到減少變壓器空載損耗，降低變電站變損的作用。其實這種做法存在片面的、不科學的因素，它只考慮了變壓器的空載損耗，而忽略了變壓器的負載損耗。當變壓器輕載時，空載損耗占變損的大部分；但當負荷達到一定數值時，負載損耗便增大成
為變損的主要部分。由此可見，我們在確定變電站主變經濟運行方式時，必須綜合考慮變壓器空載損耗和負載損耗的影響。

2 變壓器損耗計算

變壓器損耗可以分為空載損耗和負載損耗兩部分。在工程計算中，我們設定電網電壓大小、波形恒定，這樣當某一臺變壓器的空載損耗P0為一定值，其負載損耗PZ則與負荷平方成正比，即：
        PZ=（S/SZ）2Pkn（1）
式（1）中，S—變壓器的實際負荷；
　     SZ—變壓器的額定容量；
　      Pkn—變壓器在額定電流下的短路損耗.
　　這樣，單臺變壓器的總損耗為：
      P=P0＋PZ=P0＋（S/SZ）2Pkn（2）
　　當兩臺變壓器并列運行時，各變壓器的負載分配與該變壓器的額定容量成正比，與短路電壓成反比，即：
         S=S1＋S2（3）
     S1:S2=（Sn1/Uk1）:（Sn2/Uk2）（4）
式（4）中，S—總負荷；
　　  Uk—變壓器的短路電壓.
　　這時兩臺變壓器并列運行的總損耗Pb為：
　Pb=P1＋P2=PO1＋PO2＋（S1/Sn1）2Pkn1＋（S2/Sn2）2Pkn2 （5）
  將（3）式代入為：
Pb=PO1+PO2+[（Pkn1Uk22+Pkn2Uk12）/（Sn2Uk1+Sn1Uk2）2]S2（6）
式（6）中，P的單位為kW，S的單位為MVA。

3 變壓器并列技術條件

把兩臺變壓器的一次側和二次側同一相的引線連接在一起的運行方式，稱為“兩臺變壓器的并聯運行”。兩臺變壓器的并聯運行，以其獨特的結構形式，為用戶提供了許多方便，并獲得了較好的經濟效益。變壓器并聯運行的四個條件是：
　　（1）變壓器的接線組不相同。
　　（2）變壓器的變比相同(允許有±0.5%的差值)，也就是說變壓器的額定電壓相等。
　　（3）變壓器的短路電壓相等(允許有±10%的差值)，這個條件保證了負荷分配與容量成正比。
　　（4）并列變壓器的容量比不宜超過3:1，從而限制了變壓器的短路電壓值相差不致過大。

以上條件保證了變壓器空載時，繞組內不會有超過環流的產生，這樣會影響變壓器容量的合理利用，如果環流超過額定電流幾倍，甚至會燒壞變壓器。

變壓器并列運行的理想狀態為：變壓器空載時繞組內不會有環流產生，并列運行后，兩臺變壓器所帶負載與各自額定容量成正比，即負載率相等。

4 工程實例

萊鋼110kV銀山變電站的供電能力為80MVA。兩臺主變的型號分別為SFS9-40000（3號），SF7—40000（4號），3號、4號主變的接線組別為YN.Yn0，d11；電壓比為110±2×2.5%/38.5±5%/6.3；短路阻抗高~中為16.88，高~低為9.12，中~低為 6.03。兩路電源分別引自六銀線和銀南聯絡線，110kV側主接線為內橋外跨條方式，35kV側為單母線分段結線。

銀山新站為兩臺50MVA主變，5號和6號主變的型號為SF9—50000，接線組別為YN.Yn0，電壓比為110±2×2.5%/35，短路阻抗為16.7。銀山新站兩路電源引自棋山220kV變電站的棋銀1、2線，110kV側主接線為內橋方式，35kV側為單母線分段方式。銀山站和銀山新站 35kV母線由兩條聯絡線構成35kV母線環網結構。兩站的主接線如圖1所示。

4.1 提高變壓器運行的經濟性

當負荷增加到一臺變壓器容量不夠用時，可并列投入第二臺變壓器；而當負荷減少到不需要兩臺變壓器同時供電時，可將一臺變壓器退出運行。變壓器并聯運行可根據用電負荷大小來進行投切，這樣可盡量減少變壓器本身的損耗，達到經濟運行的目的。

4.2 提高供電可靠性

當并列運行的變壓器中有一臺損壞時，只要迅速將其從電網中切除，另一臺或兩臺變壓器仍可正常供電；檢修某臺變壓器時，也不影響其它變壓器正常運行，從而減少了故障和檢修時的停電范圍和次數，提高供電地可靠性。

5 并列中應注意的事項及經濟分析

5.1 并列中應注意的事項
  （1）檢查變壓器銘牌，看是否符合并列運行的基本條件。
  （2）檢查變壓器高、低壓側接線是否正確。
  （3）檢查變壓器調壓分接開關是否在同一檔位，安裝時必須置于同一檔位。

5.2 并列的經濟分析

兩臺變壓器并列運行，要根據不同負荷時段，改變變壓器的運行方式。對兩臺并列運行的變壓器應考慮采用最經濟的運行方式，當并列運行的兩臺變壓器型式和容量相同，負荷不同時，投入變壓器的臺數，可按下式計算決定:

當負荷增加:S≥Se■時，再投入一臺，兩臺并列運行比較適合。

當負荷減少:S≤Se■時，切除一臺，單臺運行比較適合。
式中，S—全負荷（kVA）；
   Se—一臺變壓器的額定容量（kVA）；
   P0—變壓器空載時有功損耗，近似為鐵損（kW）；
   Q0—變壓器空載時無功損耗（kvar）；
   Pd—變壓器短路有功損耗，也稱銅損（kW）；
   Qd—變壓器短路無功損耗（kvar）；
    K—無功經濟當量系數kwh/kvar，對于110/35kV的降壓變壓器，當系統負荷最小時取0.06，負荷最大時取0.1.
  以上各量，均可從銘牌或試驗報告中查得。當并列運行的兩臺變壓器型號和容量不同時，則可根據變壓器經濟運行的條件，事先做好曲線，通過查曲線決定在不同負荷下應投入的臺數。

6 結束語
　　萊鋼銀山站和銀山新站4臺主變在35kV母線側，通過并列運行和方式的調整,為合理經濟運行提供了操作手段,為因用電負荷發生變化及設備檢修提供了一種不間斷供電的經濟運行調度手段，同時也提高兩站的經濟運行方式的靈活性，通過合理調度，提高了變電站變壓器的經濟運行指標。其經濟效益十分明顯，間接的社會效益也是非常大的。由于其節約電能，故減少了因發電造成對環境的污染，節約了一次能源，保護了生態平衡，是一項意義深遠的系統工程，也是可持續發展戰略的重要組成部分。