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配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性探究

2021-01-24 12:06
關(guān)鍵詞:漏電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行損耗

國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司吉林市城郊供電公司 吉林 吉林 132010

配電變壓器總數(shù)和總量龐大,處于電力系統(tǒng)的末端配電網(wǎng),其主要功能就是電能的傳輸、電能的調(diào)控以及電能的分配,在此過程中出現(xiàn)的有功功率損耗和無功功率損耗也會(huì)隨之上升。變壓器在功率消耗最小的情況下運(yùn)行,使得運(yùn)行費(fèi)用最低、電能損耗最少,即變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的有以下三方面:一是延長(zhǎng)變壓器使用壽命;二是減少電能損耗;三是節(jié)約能源。在我國(guó)工業(yè)用電、生活用電需求日益增加的背景下,配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性具有極其重要的作用。

一、配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,配電變壓器運(yùn)行不穩(wěn)定現(xiàn)象在我國(guó)很多地區(qū)電網(wǎng)普遍存在,部分地區(qū)電網(wǎng)配電變壓器運(yùn)行不穩(wěn)定問題嚴(yán)重,導(dǎo)致電力能源極度緊張,甚至供不應(yīng)求。這種現(xiàn)象給當(dāng)?shù)仄髽I(yè)正常生產(chǎn)、居民正常生活以及經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展都產(chǎn)生了不同程度的影響,不僅損害了電力企業(yè)聲譽(yù),還會(huì)給社會(huì)帶來不安定因素[1]。在我國(guó)電力需求持續(xù)增長(zhǎng),電力建設(shè)滯后、電力供應(yīng)不足相對(duì)不足的情況下,及時(shí)進(jìn)行電網(wǎng)改造,進(jìn)一步加強(qiáng)配電變壓器運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性至關(guān)重要。在電力系統(tǒng)中,配電變壓器數(shù)量巨大、應(yīng)用范圍廣泛,可確保電能轉(zhuǎn)換過程高效、快速,其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性將直接影響到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。相較于西方先進(jìn)國(guó)家,我國(guó)電力系統(tǒng)平均線損率明顯更高,可達(dá)到15%以上,加之農(nóng)村電網(wǎng)、城市低壓配電網(wǎng)以及大型工礦企業(yè)配電網(wǎng)的線損,在輸配電過程中,全國(guó)一年約有2000億千瓦的電能損耗,平均線損率超過18%。農(nóng)村配變電壓器損耗約為50%,這可能與農(nóng)村地區(qū)配電變壓器全年空載運(yùn)行時(shí)間和輕載時(shí)間較長(zhǎng),峰谷差大、季節(jié)性強(qiáng)有關(guān)。在大型企業(yè)和城鄉(xiāng)15k V及以下的配電網(wǎng)總線路損耗中,配電變壓器損耗占據(jù)三分之一??偠灾?電力企業(yè)想要獲得更為理想的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益,就必須從提升配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性著手。

二、配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在的問題

(一)傳統(tǒng)系統(tǒng)。由于低壓電網(wǎng)范圍小,采用傳統(tǒng)系統(tǒng)的部分,配電變壓器絕緣得到了充分保障,因此供電經(jīng)濟(jì)性、供電可靠性以及供電安全性都比較好[1]。

(二)WH系統(tǒng)。從經(jīng)濟(jì)運(yùn)行角度出發(fā),WH系統(tǒng)安裝漏保護(hù)的方式,雖然投資成本較大,能夠有效避免電擊傷害。從配電變壓器可靠性角度出發(fā),漏電總保護(hù)可導(dǎo)致頻繁跳閘,造成大面積停電,進(jìn)而影響工業(yè)生產(chǎn)和居民正常生活。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)指出,90%以上的漏電總保護(hù)動(dòng)作跳閘,與各種原因的漏電有關(guān)。農(nóng)村地區(qū)多為低壓電網(wǎng),因此配電變壓器采用WH系統(tǒng)加裝漏電保護(hù)器,但漏電總保護(hù)動(dòng)作跳閘導(dǎo)致的停電次數(shù)較多,所帶來的影響和后果也愈發(fā)嚴(yán)重。以往,我國(guó)農(nóng)村低壓電網(wǎng)范圍大,設(shè)備監(jiān)控狀況差,無法保證低壓電力網(wǎng)零線、相線對(duì)地絕緣等因素,電擊事件頻發(fā),故采用安裝漏電總保護(hù)的方式,降低電擊事故帶來的人身傷亡情況。隨著我國(guó)農(nóng)村電力設(shè)施的不斷進(jìn)步,已經(jīng)安裝漏電保護(hù)的地區(qū),因電擊而傷亡的人數(shù)顯著減少,因電擊而死亡的事故中,多是由于漏電保護(hù)器損毀所致[3]。在保證供電可靠性和用電安全兩者之間,以上配電變壓器運(yùn)行方式無法兼顧,亟待找到一種在確保配電變壓器供電可靠性和用電安全的方式。

(三)WH-R系統(tǒng)。采用WH-R系統(tǒng)的部分,配電變壓器在運(yùn)行安全性、可靠性方面存在一定不足,電氣設(shè)備外露容易引發(fā)配電變壓器部分漏電,甚至造成大范圍停電,因此應(yīng)由過流保護(hù)切斷電源。同時(shí),受線路導(dǎo)線阻抗較大等因素影響,在用戶電氣設(shè)備故障,導(dǎo)致配電變壓器部分漏電的情況下,可能出現(xiàn)過流保護(hù)無法切斷故障等現(xiàn)象,帶電的電氣設(shè)備外露,人直接碰觸帶電部分或碰到已帶電的電氣設(shè)備時(shí),可造成電擊危險(xiǎn)。配電變壓器運(yùn)行過程中,為有效解決這一問題,應(yīng)設(shè)置末端漏電斷路器,改變接地方式。

三、配電變壓器節(jié)能的具體措施

(一)選用節(jié)能型變壓器。節(jié)能型產(chǎn)品是電力企業(yè)配電變壓器的首選。目前,市場(chǎng)應(yīng)用最為廣泛的仍然是S9型配電變壓器,但S11、S12等新設(shè)備伴隨新技術(shù)的出現(xiàn),在一定程度上替代了S9型,新設(shè)備節(jié)能效果更佳顯著,空載損耗可降低30%,空載電流降低40%。當(dāng)前,作為第七代節(jié)能產(chǎn)品,非晶合金變壓器已成為節(jié)能效果最理想的配電變壓器,與傳統(tǒng)設(shè)備相比,空載損耗可下降70%~80%,在部分發(fā)達(dá)國(guó)家電力系統(tǒng)中應(yīng)用逐漸增多。由此可知,選用節(jié)能型變壓器,最大限度降低電能損耗是電力企業(yè)發(fā)展新趨勢(shì),有利于提升變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性[4]。

(二)電壓調(diào)整法

圖1 配電變壓器總損耗公式

配電變壓器總損耗計(jì)算公式見圖1[5]。其中,UN、U表示額定電壓和運(yùn)行電壓;R表示變壓器繞組的等值電阻;Q、P表示無功功率和有功功率。從公式可以看出,一次電壓和鐵損之間存在相關(guān)性,與電壓平方成正比。在配電變壓器運(yùn)行過程中,變壓器的鐵損占總損耗的80%,在這種情況下,除了在允許范圍內(nèi)偏移末端用戶電壓,還應(yīng)適當(dāng)調(diào)低配電網(wǎng)的供電電壓,以此降低空載帶來的損耗。同時(shí),受磁路飽和的影響,一旦供電電壓高于額定值,將會(huì)導(dǎo)致無功功率極速增長(zhǎng),無功功率增長(zhǎng)可達(dá)35%。

(三)無功補(bǔ)償。在輕載或空載運(yùn)行過程中,配電變壓器的勵(lì)磁無功,從而產(chǎn)生無功負(fù)荷,10%~15%的額定容量是一般情況下配電變壓器無功功率的消耗占比。在變壓器的二次側(cè),需利用集中的補(bǔ)償,安裝低電壓容器,并做好相關(guān)的補(bǔ)償處理。連接低壓電容器時(shí),通過低壓開關(guān),即可將低壓電容器與變壓器的低壓母線相連接,通過無功補(bǔ)償投切裝置加以保護(hù),就可以按照空載和輕載的要求,控制電容器之中低壓母線無功負(fù)荷的投切。

四、配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)策

(一)加強(qiáng)配電變壓器技術(shù)管理。注重變壓器損耗的降低,盡可能縮減配電變壓器的降壓次數(shù);對(duì)于變比小于5的變壓器,在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件允許的情況下,盡量采用高耦變壓器。與同容量?jī)扇€的變壓器相比,高耦變壓器無功和有功損耗明顯更低,隨著功率因數(shù)的提高,變壓器無功和有功消耗都會(huì)下降,因此不同功率因數(shù)導(dǎo)致的變壓器無功消耗和有功消耗之間存在較大差異。由此可知,不斷降低變壓器無功功率,盡量提高變壓器功率,可使變壓器繞組的電阻隨著溫度增大。在同一負(fù)載下,不同變壓器溫度會(huì)隨著損耗降低,因此應(yīng)大量降低變壓器溫蒂,做好變壓器散熱[6]。

(二)不斷更新配電變壓器設(shè)備。一般情況下,配電變壓器使用壽命為15年,對(duì)于不同容量、不同型號(hào)的變壓器,生產(chǎn)廠家對(duì)其使用壽命的規(guī)定也不盡相同。不斷更新配電變壓器的目的不僅是為了消除有形磨損,更是為了消除看不見的無形磨損。隨著配電變壓器產(chǎn)品的更和進(jìn)步,其技術(shù)落后情況得到了有效改善,新設(shè)備在提高配電變壓器運(yùn)行效率、降低設(shè)備損耗方面作用顯著,加快更新配電變壓器有利于節(jié)約無功電量和有功電量。配電變壓器更新是指設(shè)備在有一定剩值、老化到一定程度后就可以更新,而不是損壞后再更新。相關(guān)電力企業(yè)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行變壓器更新,并按照規(guī)定提取設(shè)備折舊費(fèi)。

(三)強(qiáng)化配電變壓器維護(hù)保養(yǎng)工作。配電變壓器帶負(fù)荷運(yùn)行后,電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)配電變壓器維護(hù)保養(yǎng)工作,對(duì)變壓器進(jìn)行不定期巡視、維護(hù)、檢查,根據(jù)變壓器實(shí)際運(yùn)行情況及相關(guān)規(guī)程要求,做好變壓器維修及維護(hù)保養(yǎng)工作。對(duì)于短期超負(fù)荷的變壓器,應(yīng)及時(shí)解決這種不利工況,加快更新增容,避免配電變壓器長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行。在日常維護(hù)保養(yǎng)工作中,應(yīng)注重觀察三相電壓的偏差值,一旦發(fā)現(xiàn)異常情況,必須第一時(shí)間查明原因并合理解決。同時(shí),還應(yīng)觀察油位、油色是否發(fā)生明顯變化;檢查變壓器高低壓側(cè)套管有無裂紋、放電、閃絡(luò)等不良現(xiàn)象,及時(shí)清除變壓器外科雜物和油污;檢查變壓器接地是否良好,有無斷裂、脫焊、斷線等現(xiàn)象;安裝套管防污帽或采取其他防污措施。此外,不定期檢查配電變壓器接地引下線是否可靠、牢固,是否存在虛接或斷裂現(xiàn)象,并對(duì)接地電阻進(jìn)行檢測(cè)。每年夏季來臨前,全面檢查高、低壓避雷器是否符合相關(guān)安全要求,不合格避雷器應(yīng)及時(shí)更換[7]。在變壓器運(yùn)行方式和供電方式方面,應(yīng)限制低壓運(yùn)行,減少供電半徑,低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)適當(dāng)降低電壓,高負(fù)荷時(shí)適當(dāng)提高電壓,采用無功補(bǔ)償提高功率因數(shù)。

(四)保證三相負(fù)荷平衡。存在較長(zhǎng)時(shí)間的輕載運(yùn)行或空載運(yùn)行,是低壓配電網(wǎng)變壓器普遍存在的問題,且這種現(xiàn)象在全年時(shí)間內(nèi)占據(jù)較大的比例。在此背景下,三相負(fù)荷平衡很難保持,一旦出現(xiàn)負(fù)荷分布不平衡,就到產(chǎn)生不平衡電壓和電流,進(jìn)而增加變壓器功率的實(shí)際損耗。三相負(fù)荷不平衡最大化的現(xiàn)象,多出現(xiàn)在相同容量的負(fù)載進(jìn)行供電的時(shí)候,這種情況導(dǎo)致有功功率損耗明顯高于平衡狀態(tài)下,有功損耗差異可達(dá)三倍之多。這就要求電力企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)對(duì)三相負(fù)荷平衡的控制,一旦三相負(fù)荷超出正常值,應(yīng)第一時(shí)間采取處理措施,以此確保配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性[8]。

(五)選擇合理的變壓器運(yùn)行方式。在符合實(shí)際用電需求增長(zhǎng)的前提下,電力企業(yè)都會(huì)考慮對(duì)配電網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)改造,一般來說,配電器容量都存在備用,根據(jù)情況適時(shí)增加。但是,由于配電網(wǎng)受季節(jié)因素影響大,峰谷存在差異,按照供電系統(tǒng)特點(diǎn),就必須從過負(fù)荷和輕符合兩個(gè)層面進(jìn)行考量。如果是雙變壓器供電,一臺(tái)變壓器帶負(fù)荷,就能夠?qū)Φ拓?fù)荷進(jìn)行調(diào)整;但在用電高峰,兩臺(tái)變壓器需同時(shí)運(yùn)行。這種變壓器運(yùn)行方式高效、合理,在有效降低有功功率損耗的同時(shí),還能是變壓器負(fù)荷處于最佳范圍內(nèi),進(jìn)而有利于電網(wǎng)整體的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[9]。

(六)提高配電網(wǎng)功率因數(shù)。自身功率因數(shù)偏低是低壓配電網(wǎng)運(yùn)行過程中,出現(xiàn)大量電能損耗的根本原因,可直接影響配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。變壓器在有功功率輸出一定的情況下,變壓器功率因數(shù)和輸出容量成反比,若功率因素提高,那么變壓器的需用容量也會(huì)隨之降低。想要切實(shí)提升變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性以及電網(wǎng)供電能力,必須適當(dāng)提高配電網(wǎng)功率因數(shù)[10]。一般來說,通過安裝無功補(bǔ)償裝置,即可達(dá)到降低電能損耗,提高電網(wǎng)功率因數(shù)的根本目的。

結(jié)束語

配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及低耗節(jié)能至關(guān)重要。在配電變壓器運(yùn)行環(huán)節(jié),電力企業(yè)應(yīng)將節(jié)能降耗、節(jié)電增效作為根本目標(biāo),合理利用一系列節(jié)能措施,切實(shí)提高配電變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。通過本文研究可知,當(dāng)前我國(guó)配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性還存在很多問題和巨大發(fā)展?jié)摿?。通過選用節(jié)能型變壓器、加強(qiáng)配電變壓器技術(shù)管理、不斷更新配電變壓器設(shè)備等措施,雖然是配電變壓器負(fù)載率有所上升,但其仍處于高效的工作狀態(tài),且電能損耗最大限度降低。在確保供電安全的前提下,加深對(duì)配電變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性和節(jié)能降耗的研究,不僅能夠有效解決配電變壓器運(yùn)行存在的實(shí)際問題,在提升供電企業(yè)精細(xì)化管理水平方面也有著十分重要的意義。

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