110kV变电站变压器的经济运行分析

1 概述

变电站主变经济运行方式是指在不影响供电负荷条件下，通过选取最佳的运行方式，使变压器电能损耗降到最低。目前，山东莱芜市110kV变电站都安装了两台主变。日常的运行方式为：当负荷小于小容量主变的额定容量时，只投入小容量主变一台；当负荷在两台主变额定容量之间时，则只投入大容量主变一台；当负荷大于大容量主变的额定容量时，则投入两台主变。一些人认为这样就可以在负荷低于大容量主变的额定容量时，通过减少投入一台变压器，起到减少变压器空载损耗，降低变电站变损的作用。其实这种做法存在片面的、不科学的因素，它只考虑了变压器的空载损耗，而忽略了变压器的负载损耗。当变压器轻载时，空载损耗占变损的大部分；但当负荷达到一定数值时，负载损耗便增大成

为变损的主要部分。由此可见，我们在确定变电站主变经济运行方式时，必须综合考虑变压器空载损耗和负载损耗的影响。

2 变压器损耗计算

变压器损耗可以分为空载损耗和负载损耗两部分。在工程计算中，我们设定电网电压大小、波形恒定，这样当某一台变压器的空载损耗P0为一定值，其负载损耗PZ则与负荷平方成正比，即：

PZ=（S/SZ）2Pkn（1）

式（1）中，S—变压器的实际负荷；

SZ—变压器的额定容量；

Pkn—变压器在额定电流下的短路损耗.

这样，单台变压器的总损耗为：

P=P0＋PZ=P0＋（S/SZ）2Pkn（2）

当两台变压器并列运行时，各变压器的负载分配与该变压器的额定容量成正比，与短路电压成反比，即：

S=S1＋S2（3）

S1:S2=（Sn1/Uk1）:（Sn2/Uk2）（4）

式（4）中，S—总负荷；

Uk—变压器的短路电压.

这时两台变压器并列运行的总损耗Pb为：

Pb=P1＋P2=PO1＋PO2＋（S1/Sn1）2Pkn1＋（S2/Sn2）2Pkn2 （5）

将（3）式代入为：

Pb=PO1+PO2+[（Pkn1Uk22+Pkn2Uk12）/（Sn2Uk1+Sn1Uk2）2]S2（6）

式（6）中，P的单位为kW，S的单位为MVA。

3 变压器并列技术条件

把两台变压器的一次侧和二次侧同一相的引线连接在一起的运行方式，称为“两台变压器的并联运行”。两台变压器的并联运行，以其独特的结构形式，为用户提供了许多方便，并获得了较好的经济效益。变压器并联运行的四个条件是：

（1）变压器的接线组不相同。

（2）变压器的变比相同(允许有±0.5%的差值)，也就是说变压器的额定电压相等。

（3）变压器的短路电压相等(允许有±10%的差值)，这个条件保证了负荷分配与容量成正比。

（4）并列变压器的容量比不宜超过3:1，从而了变压器的短路电压值相差不致过大。

以上条件保证了变压器空载时，绕组内不会有超过环流的产生，这样会影响变压器容量的合理利用，如果环流超过额定电流几倍，甚至会烧坏变压器。

变压器并列运行的理想状态为：变压器空载时绕组内不会有环流产生，并列运行后，两台变压器所带负载与各自额定容量成正比，即负载率相等。

4 工程实例

莱钢110kV银山变电站的供电能力为80MVA。两台主变的型号分别为SFS9-40000（3号），SF7—40000（4号），3号、4号主变的接线组别为YN.Yn0，d11；电压比为

110±2×2.5%/38.5±5%/6.3；短路阻抗高~中为16.88，高~低为9.12，中~低为 6.03。两路电源分别引自六银线和银南联络线，110kV侧主接线为内桥外跨条方式，35kV侧为单母线分段结线。

银山新站为两台50MVA主变，5号和6号主变的型号为SF9—50000，接线组别为YN.Yn0，电压比为110±2×2.5%/35，短路阻抗为16.7。银山新站两路电源引自棋山220kV变电站的棋银1、2线，110kV侧主接线为内桥方式，35kV侧为单母线分段方式。银山站和银山新站 35kV母线由两条联络线构成35kV母线环网结构。两站的主接线如图1所示。

4.1 提高变压器运行的经济性

当负荷增加到一台变压器容量不够用时，可并列投入第二台变压器；而当负荷减少到不需要两台变压器同时供电时，可将一台变压器退出运行。变压器并联运行可根据用电负荷大小来进行投切，这样可尽量减少变压器本身的损耗，达到经济运行的目的。

4.2 提高供电可靠性

当并列运行的变压器中有一台损坏时，只要迅速将其从电网中切除，另一台或两台变压器仍可正常供电；检修某台变压器时，也不影响其它变压器正常运行，从而减少了故障和检修时的停电范围和次数，提高供电地可靠性。

5 并列中应注意的事项及经济分析

5.1 并列中应注意的事项

（1）检查变压器铭牌，看是否符合并列运行的基本条件。

（2）检查变压器高、低压侧接线是否正确。

（3）检查变压器调压分接开关是否在同一档位，安装时必须置于同一档位。

5.2 并列的经济分析

两台变压器并列运行，要根据不同负荷时段，改变变压器的运行方式。对两台并列运行的变压器应考虑采用最经济的运行方式，当并列运行的两台变压器型式和容量相同，负荷不同时，投入变压器的台数，可按下式计算决定:

当负荷增加:S≥Se■时，再投入一台，两台并列运行比较适合。

当负荷减少:S≤Se■时，切除一台，单台运行比较适合。

式中，S—全负荷（kVA）；

Se—一台变压器的额定容量（kVA）；

P0—变压器空载时有功损耗，近似为铁损（kW）；

Q0—变压器空载时无功损耗（kvar）；

Pd—变压器短路有功损耗，也称铜损（kW）；

Qd—变压器短路无功损耗（kvar）；

K—无功经济当量系数kwh/kvar，对于110/35kV的降压变压器，当系统负荷最小时取0.06，负荷最大时取0.1.

以上各量，均可从铭牌或试验报告中查得。当并列运行的两台变压器型号和容量不同时，则可根据变压器经济运行的条件，事先做好曲线，通过查曲线决定在不同负荷下应投入的台数。

6 结束语

莱钢银山站和银山新站4台主变在35kV母线侧，通过并列运行和方式的调整,为合理经济运行提供了操作手段,为因用电负荷发生变化及设备检修提供了一种不间断供电的经济运行调度手段，同时也提高两站的经济运行方式的灵活性，通过合理调度，提高了变电站变压器的经济运行指标。其经济效益十分明显，间接的社会效益也是非常大的。由于其节约电能，故减少了因发电造成对环境的污染，节约了一次能源，保护了生态平衡，是一项意义深远的系统工程，也是可持续发展战略的重要组成部分。