電力變壓器容量原則分析

電力系統(tǒng)為滿足社會用電量和供電安全可靠性的要求，在變電站建設(shè)、擴建和變壓器增容等具體工作中，首要考慮的因素是根據(jù)變電站的供電負荷選擇變壓器的容量（1）和使用臺數(shù)；容量選擇過大，增加變壓器本身和相關(guān)設(shè)備購置和安裝、運行維護的投入，造成資金浪費；容量選擇過小，不能滿足供電的需求，使變壓器過載運行，造成設(shè)備損壞，影響變電站對外安全可靠供電；而數(shù)量偏少不能滿足接線方式和供電可靠性的要求，影響檢修和缺少必要的備用；數(shù)量太多，增加配套設(shè)施投入，變電站布置困難，增加檢修維護工作量，變壓器容量和數(shù)量選擇得當，不僅節(jié)約建設(shè)的一次性投資，而且能夠有利于變壓器的安全經(jīng)濟運行，減少運行、維護的費用；本文結(jié)合變壓器檢修運行的相關(guān)規(guī)程制度，結(jié)合作者現(xiàn)場工作的實際經(jīng)驗，提出變壓器容量和臺數(shù)選擇遵循的原則及其經(jīng)濟運行的條件和要求，對不同的方案進行經(jīng)濟技術(shù)和安全性比較，分析變壓器容量和臺數(shù)選擇所要考慮的因素，對供電負荷和變壓器的容量、臺數(shù)確定進行綜合的安全和效益分析。

2電力變壓器容量、臺數(shù)選擇遵循的原則

變電站內(nèi)變壓器容量和臺數(shù)是影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電安全可靠性和經(jīng)濟性的重要因素（2），而容量大小和臺數(shù)多少的選擇往往取決于區(qū)域負荷的現(xiàn)狀和增長速度，取決于一次性建設(shè)投資的大小，取決于周圍上一級電網(wǎng)或電廠提供負載的能力，取決于與之相聯(lián)結(jié)的配電裝置技術(shù)和性能指標，取決于負荷本身的性質(zhì)和對供電可靠性要求的高低，取決于變壓器單位容量造價、系統(tǒng)短路容量和運輸安裝條件等等，近幾年隨著變壓器制造技術(shù)的不斷提高，變壓器自身質(zhì)量和安全運行水平大幅度提高；變壓器空載損耗下降的幅度大，變壓器經(jīng)濟運行的負載率得到不斷降低；又國家節(jié)能減排政策，鼓勵企業(yè)開展經(jīng)濟運行工作；建設(shè)、擴建和變壓器增容的臺數(shù)和容量的選擇，國內(nèi)尚無明確具體的規(guī)定，也是隨技術(shù)水平提高不斷完善的一個系統(tǒng)工程，一般根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗和規(guī)劃者的觀點來進行；結(jié)合相關(guān)規(guī)程制度，作者認為一般都應考慮如下因素：

（1）變壓器額定容量應能滿足供電區(qū)域內(nèi)用電負荷的需要，即滿足全部用電設(shè)備總計算負荷的需要，避免變壓器長期處于過負荷狀態(tài)運行。新建變電站變壓器容量應滿足5~10年規(guī)劃負荷的需要，防止不必要的擴建和增容，也減少因為擴建增容造成的大面積和長時間停電；對較高可靠性供電要求的變電站一次最好投入兩臺變壓器，變壓器正常的負載率不大于50%為最好。

（2）對于供電區(qū)域內(nèi)有重要用戶的變電站，應考慮一臺變壓器在故障或停電檢修狀態(tài)下，其它變壓器在計及過負荷能力后的允許時間內(nèi)，保證用戶的一級和二級負荷，對一般負荷的變電站，任何一臺變壓器停運，應能保證全部負荷的70%~80%的電力供應不受影響，城區(qū)變電站變壓器臺數(shù)和容量應滿足N-1的要求。

（3）雖然大容量變壓器單位容量造價低，在高負荷密度供電區(qū)域建設(shè)大容量變電站能夠節(jié)省投資，容量越大，效果就越明顯；但為保證供電運行方式靈活，應考慮采用多臺變壓器，單臺變壓器容量的選擇不宜過大和過小，要預留負荷發(fā)展而擴建的可能，實現(xiàn)變電站容量由小到大，變壓器的臺數(shù)由少到多；城區(qū)變電站3臺變壓器供電的運行方式最為靈活可靠。

（4）為保證變電站運行方式靈活可靠，減少和方便備用容量儲備，便于與相聯(lián)結(jié)配電裝置的配合，便于檢修維護，達到變電站整體規(guī)范統(tǒng)一，選擇變壓器容量的種類應盡量減少，一般不超過兩種，在此，建議對城市供電的一個變電站內(nèi)最好統(tǒng)一變壓器容量等級。

（5）在一定容量范圍內(nèi)，容量增大變損降低，但節(jié)約的電費可能難以補償投資費用的增加，與之配套的開關(guān)等設(shè)備的開斷能力的要求大，所以變壓器容量的選擇要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資(3)，執(zhí)行國家降損節(jié)能政策，必要時，要進行經(jīng)濟運行方式的計算。

（6）由于供電企業(yè)要求城區(qū)供電滿足N-1的可靠性準則， 變壓器容量的選擇，除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態(tài)下，減少供電引起的經(jīng)濟損失和對社會的影響，最少應滿足一臺變壓器停電后，部分負荷可以調(diào)至周圍變電站，而不影響對全部用戶的正常用電需求。

（7）對供電企業(yè)變電站密集區(qū)，由于變電站之間存在聯(lián)絡(luò)供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量選擇可以適當減小，正常條件下分區(qū)域各自供電，當不能滿足供電輸出時，可以靠周邊的變電站通過聯(lián)絡(luò)線帶部分負荷，但最終要考慮增加變電站布點或增加變壓器臺數(shù)來逐步滿足負荷供出的要求。

（8）對低壓側(cè)有發(fā)電機組并網(wǎng)的變電站，變壓器容量也可以適當減小，但容量選擇時要考慮：①滿足發(fā)電機組的額定容量在區(qū)域負荷最小時，能夠通過變壓器向電力系統(tǒng)正常輸出，變壓器的容量必須大于機組發(fā)電容量；②變壓器和發(fā)電機組的額定容量之和大于該地區(qū)的最大負荷；③發(fā)電機組停運，變壓器應能保證全部負荷的70%~80%的電力供應不受影響，并保證一級和二級負荷正常用電；④與上一級電網(wǎng)的設(shè)備參數(shù)配合得當，滿足系統(tǒng)短路容量的要求。

3電力變壓器經(jīng)濟運行應具備的條件和要求

電力變壓器經(jīng)濟運行是在確保變壓器安全運行和滿足對用戶供電質(zhì)量和可靠性的基礎(chǔ)上，充分利用變電站的設(shè)備條件，擇優(yōu)選取變壓器的運行方式，降低變壓器本身的能量損耗，提高其電源側(cè)的功率因數(shù)，實現(xiàn)降損節(jié)能的目標。供電負荷與變壓器容量和臺數(shù)的確定，關(guān)系到變壓器經(jīng)濟運行的方式；實施變壓器經(jīng)濟運行與變電站內(nèi)變壓器的臺數(shù)、容量和變壓器自身性能和損耗參數(shù)密切相關(guān)，是建立在確保安全可靠供電前提下的一項綜合經(jīng)濟技術(shù)活動，貫穿電力變壓器從設(shè)計選型、運行檢修到退役的整個過程；在變電站建設(shè)、擴建和變壓器增容時就要考慮其相關(guān)的因素和條件；實施變壓器經(jīng)濟運行，就變壓器和變電站設(shè)備本身一般應具備和滿足以下條件，在變壓器設(shè)計和選型時應充分給予考慮。

（1）新建變電站分期建設(shè)，考慮負荷的增長，首期只有一臺變壓器時，要結(jié)合最終規(guī)模確定變壓器的容量，變壓器的負載率應貼近最佳經(jīng)濟運行區(qū)域，一般在75%以下為最佳，若短期內(nèi)不進行擴建，變壓器不宜滿負荷運行。

（2）并列運行的多臺變壓器應滿足并聯(lián)條件，即聯(lián)結(jié)組別與相位關(guān)系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調(diào)壓范圍內(nèi)的每級電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動勢差，產(chǎn)生循環(huán)電流，影響容量輸出和燒壞變壓器。短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(nèi)(1)；容量比在0.5~2之間；保證負荷分配均勻，防止短路阻抗和容量小的變壓器過載，而容量大和短路阻抗大的變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿足系統(tǒng)短路電流的要求，否則應采取限制措施。

（3）選用電力變壓器的技術(shù)參數(shù)，應以變壓器整體的可靠性為基礎(chǔ)，綜合考慮技術(shù)參數(shù)的先進性和合理性，兼顧對系統(tǒng)安全的影響，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負載損耗基本相同時，盡量選用空載損耗小的變壓器，負載損耗滿足國標《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》(4)。

（4）電力變壓器在負載區(qū)域運行時，其繞組、線夾、引線、絕緣油及絕緣部件的溫度不宜過高，在變壓器負載導則規(guī)定的溫度限值內(nèi)，避免高溫度下運行，絕緣老化加快而縮短變壓器的壽命和引發(fā)損壞事故(3)。也要防止變壓器高溫度運行，引起變壓器自身損耗過大，影響輸出效率，造成不必要的電能浪費。

（5）在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合功率損耗（應該把變壓器的冷卻功率計算在內(nèi)）小的變壓器投入運行，要按負載的變化規(guī)律，合理選擇最佳組合方式，要通過調(diào)整負載，提高負荷率，提高功率因數(shù)，使變壓器在經(jīng)濟運行區(qū)的優(yōu)選段內(nèi)工作。
（6）單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)平均負載系數(shù)，β的上限為1，下限為Pk/Po，(其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負載損耗)；經(jīng)濟運行區(qū)優(yōu)選運行段的平均負載系數(shù)，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。

（7）變壓器經(jīng)濟運行必須建立在安全可靠供電的前提條件下，備用變壓器應有可靠的自動投入裝置相配套，保證在相臨變壓器故障時自動投入運行，確保不中斷正常供電。

（8）安排變壓器并列運行方式，要對聯(lián)絡(luò)開關(guān)的額定折斷容量進行核算，防止系統(tǒng)短路故障時因開關(guān)遮斷容量不足而損壞設(shè)備，影響故障點的自動隔離；分列運行的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)備用電源自投動作時，應能自動斷開接入母線側(cè)的其它電源的開關(guān)。