配电变压器的容量选择及对系统的影响分析

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摘要: 随着国内外变压器制造技术水平不断提高和新型材料的应用，传统的容量选择计算方法显然已不能完全适应经济容量选择的要求。本文通过对配电变压器经济容量常用选择方法及主要影响因素的分析，试图从中找到和建立起一种更加合理有效的经济容量选择方法。

关键词:配电变压器; 经济容量; 经济性; 节能性

中图分类号： TM4 文献标识码： A

前言 配电变压器容量选择与经济运行问题密切相关，因此进行容量选择就应当是对经济容量的选择。分析研究表明，若按照配电变压器容量选择条件，在一定的容量级差范围内，选择电能损耗量最小的容量方案，所确定的容量，即为配电变压器在经济使用期内可获得经济效益最佳的设计容量。

1 经济容量选择常用方法及影响因素分析

( 1) 变配电所的负荷计算可采用需用系数法，变压器容量应根据计算负荷选择，其计算表达式为:

式中: Pjs— 配电变压器的计算负荷，kW;

Se — 配电变压器基准容量，kVA;

β — 配电变压器的实际负载系数( 一般不宜大于0．85) ;

cosφ — 负荷侧平均功率因素。

其中: Pjs = KpΣ( KxPe)

式中: Pe— 用电设备组的功率，kW;

Kx— 用电设备的需用系数;

Kp— 变配电所有功功率同时系数。

以上计算式表明，计算负荷不仅与用电设备组功率大小有关，还主要与负载需用系数有关，因此应根据负载特征及工艺使用要求，合理选取用电设备的需用系数。计算负荷偏大或偏小，都会对所选容量经济技术的合理性产生重要影响。

( 2) 按功率损失率最小的原则进行容量选择，可使配电变压器效率达到最高; 不同类型的变压器，其综合功率经济负载系数也不同。经济负载系数是变压器功率损失率最低时的负载系数，其计算表达式为:

式中: βjz— 综合功率经济负载系数;

Poz— 综合功率空载损耗，kW;

Pkz— 综合功率负载损耗，kW。

通过分析计算，SC( B) 9 系列干式变压器、S11 系列油浸变压器、SH15 系列非晶合金油浸变压器( 容量在250 ～ 2 000 kVA范围内) 的综合功率经济负载系数βjz均值分别为0．508、0．367、0．231。

分析计算结果表明: 虽然按经济负载系数选择容量，可使变压器的功率损失率最小，然而新型节能变压器空载损耗已大幅降低，按其进行容量选择，直接会导致容量选择过大等突出问题。同时若按经济负载系数选择容量，不同类型的变压器，容量选择结果也不会相同。

( 3) 按变压器年运行效率最高原则进行容量选择，可使所选定的变压器年电能损失率达到最小。节能经济负载系数计算式表达为:

式中: τ — 年最大负载损耗小时数，h;

βAZ— 节能经济负载系数;

T — 年带电小时数，h。

对用电负载曲线变化较大的用户，按节能负载系数进行容量选择，经济性与节能性可得到相对的统一。对于用电负载曲线变化比较平稳的用户，若按节能负载系数进行经济容量选择，同样会产生容量选择偏大的问题。

2 建立经济容量新型评价选择方法的基本思路

通过上述分析不难发现，若要合理确定配电变压器的经济容量，首先应建立一种能对同类型、不同容量变压器能效指标进行综合评价的方法。行业标准提供的配电变压器能效及技术经济评价方法，适用于同容量、不同类型变压器间的经济性评价，借助于该方法，可以有效地建立起一种新型经济容量选择的评价体系和方法步骤: 即根据容量选择条件和经济使用期电能损耗最小、综合能效费用最少的原则，先进行方案初选，然后再对初选方案的综合效益作进一步分析比较; 按此方法可从中筛选出技术可行、综合效益最佳的经济容量来。

2．1 综合能效费用法

( 1) 对配电变压器经济技术评价，可采用综合能效费用法。综合能效费用法，是一种选择总费用最少的方案为最佳方案的分析方法。借用该方法，有助于客观准确地了解待选容量方案的经济性。

( 2) 综合能效费用的计算方法

综合能效费用( TOCEFC) 计算表达式为:

其中: CI 为配电变压器初始费用，POEFC空载损耗等效初始费用，PKEFC负载损耗等效初始费用。

式中: A—配电变压器单位空载损耗等效初始费用，元/ kW;

B—配电变压器单位负载损耗等效初始费用，元/ kW。

单位空载损耗等效初始费用A 系数的计算表达式为:

式中: Kpv— 期望回报率i、经济使用期为n 年的现值系数;

Ee— 电度电费，元/ kWh;

Ec— 按最大需量支出的基本电费，元/kWh;

T — 配电变压器年运行小时数，通常取8 760 h。

单位负载损耗等效初始费用B 系数的计算表达式为:

式中: βo— 变压器的初始负载率;

τ — 年最大负载损耗小时数，h; 典型值参见文献［2］。

2．2 对同类型不同容量配电变压器综合效益评价的方法

( 1) 根据电气设计规范和节能要求，确定变压器的类型。

( 2) 按照配电变压器的容量选择条件，并依照容量级差顺序，至少选择四种规格变压器作为待选方案。

( 3) 依据已知条件，计算各待选方案综合能效费用( TOC) 值。

依据已知条件，计算各待选方案变压器经济使用期间的电能损耗量( W) 。其计算表达式为: W =［T( Po + KqQo) +τ·β2 ( Pk + KqQo) ］n ．

( 4) 选择出W 值最小和TOC 值最少的两个初选方案，并通过综合效益分析比较，所确定的变压器容量，即为配电变压器在经济使用期内综合效益最佳的设计容量。

3 应用实例

某企业准备装设一台变压器，该企业采用二班生产制，计算负荷为785 kVA，拟选用S11 系列800 ～ 1 600 kVA 四种规格的变压器作为待选方案。现要求采用综合效益评价方法确定变压器经济容量。

3．1 待选方案经济技术参数

从待选方案的变压器产品选型手册中，可获得术参数。确定经济参数为: 变压器使用年限25 年、回报期望值8%; 依据地区电价结构，电度电费为0． 52 元/kW、最大需量电费为37． 5 元/kW;确定运行参数为: 变压器负载率分别为0．98、0．785、0．628、0．49; 年最大负载损耗小时数为1700 h、年带电小时数为8760 h。

3．2 待选方案节能性和经济性分析计算

依据相关计算公式，待选配电变压器容量方案的综合能效费用、经济使用期内电能损耗量等计算结果如表1:

3．3 方案选择与分析

( 1) 从表1 可看出，在相同负载条件下，若按综合能效费用最少的原则，可以选择方案一。若按经济使用期间电能损耗量最小的原则进行经济容量选择，则应当选择方案三。

( 2) 在综合效益层面上分析: 虽然两方案CI 差值为29800 元，然而两方案TOC 差值仅为7642元。这说明方案三变压器多投资费用中，有近75% 的费用从方案三的节能效益中得到了补偿。

( 3) 从方案的节能效果看，方案一与方案三的W 差值为36932 度。这意味着选择方案三，能为企业节约数量可观的电量。这无论是从企业节能还是从社会效益方面讲，无疑都具有十分重要的意义。

( 4) 在计算负荷相同的基础上，方案一负载率为98%，方案三负载率为62%。选择方案三，能为企业发展提供38%的裕量; 这显然对企业安全经济运行、避免今后的增容改造费用都是十分有利的。

4 结论

通过上述案例分析，从中可得出一个重要结论: 在一定的容量级差范围内，节能性好的容量方案，相对于能效费用最少的方案，其综合效益也必然是最佳的。按照此结论，选择电能损耗量最小的容量方案，即可满足配电变压器经济容量选择的设计要求; 并可使本文确立的经济容量选择方法进一步简化、满足设计工作方便使用的要求。

参考文献

［1］胡景生，赵跃进，董志恒，等．GB/T13462 － 2008 电力变压器经济运行［S］．北京: 中国标准出版社，2008 － 11－ 01．

［2］丁毓山，高松．变压器最佳容量确定和经济运行［M］．北京:中国水利水电出版社，1996．

［3］中国航空工业规划设计研究院编．工业与民用配电设计手册［M］．北京:中国电力出版社，2005．