變壓器是電力系統(tǒng)中重要的不同電壓等級電能轉(zhuǎn)換的主要電氣設(shè)備,同時也是一個電力系統(tǒng)中較大的電能消耗大戶。目前10kV配電網(wǎng)上運行服役時間超過20年的低效率高能耗的配電變壓器容量約占整個配電網(wǎng)系統(tǒng)容量的10%以上,其總?cè)萘扛哌_ 2.4億kVA,這樣每年由于地效率配電變壓器產(chǎn)生的電能浪費十分巨大,加上這些配電變壓器普遍存在參數(shù)較低、損耗較高、缺陷較多、自動化水平較低等問題,大大降低了配電網(wǎng)運行經(jīng)濟可靠性。因此,對導(dǎo)致10kV配電變壓器產(chǎn)生較高損耗的原因進行歸納總結(jié)后,結(jié)合先進的技術(shù)裝備,降低配電變壓器系統(tǒng)損耗,提高配電網(wǎng)電能供應(yīng)的經(jīng)濟可靠性,對于節(jié)約能源、緩解電力供應(yīng)短缺、促進當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展等方面均具有非常重要的意義。

1 確定變壓器間負載經(jīng)濟分配

國內(nèi)在大量研究專家學(xué)者的共同努力下,在配電變壓器節(jié)能降耗方面已取得了令人滿意的成果,其基本措施方法就是在配電網(wǎng)系統(tǒng)中廣泛推廣使用如S12,S11等高效能低損耗的配電變壓器;在實際調(diào)度運行過程中,根據(jù)系統(tǒng)負荷變化特性,合理正確選用變壓器容量、臺數(shù)、以及調(diào)度運行模式;采用動態(tài)無功補償裝置等提高配電變壓器功率因數(shù)等也是配電變壓器節(jié)能降耗的主要技術(shù)措施,從而有效提高配電變壓器綜合利用效率水平。由于10kV配電變壓器在工程實際應(yīng)用中通常是由幾臺變壓器同時并列運行供電,即在配電網(wǎng)供電系統(tǒng)中配電變壓器有功功率和無功功率總損耗為所有變壓器損耗的總和。從大量文獻資料和實際設(shè)計工作經(jīng)驗可知,在供電系統(tǒng)電力負荷總量不變,且變壓器運行方式也處于不變條件下,變壓器間負載量的分配不同其變壓器系統(tǒng)總有功損耗和無功損耗也會有很大差別。因此,在多臺變壓器并列運行模式下,需要對變壓器間的總負載進行經(jīng)濟分配,從而使各變壓器均運行在最優(yōu)工況條件下,使變壓器總有功功率損耗和無功功率損耗降到到系統(tǒng)最低值,達到節(jié)能降耗的目的。

2 選用自動調(diào)壓器

眾所周知,配電變壓器有功損耗與配電網(wǎng)電壓的平方成正比,也就是說通過調(diào)整配電變壓器負載分接頭檔位、在母線上投切對應(yīng)補償電容器等技術(shù)手段,從而在保證配電網(wǎng)電壓質(zhì)量水平的基礎(chǔ)上,通過適度優(yōu)化調(diào)整配電網(wǎng)運行電壓,就可以使配電變壓器達到節(jié)電降損的目的。從大量實際工作經(jīng)驗來看,當配電變壓器運行過程中其過電壓水平達到額定電壓值5%時,其內(nèi)部鐵損量將會增加到15%;而當配電變壓器的過電壓水平達到額定電壓值的10%運行,其內(nèi)部鐵損量則會急劇增高到額定時的 50%以上,且變壓器內(nèi)部空載電流值也會大幅度增加,從而增大了供配電系統(tǒng)中的無功損耗總量。配電變壓器在實際運行過程中,通過相應(yīng)設(shè)備控制避免其出現(xiàn)過電壓運行工況,一方面可以延長變壓器使用壽命,另一方面可以降低變壓器內(nèi)部鐵損和激磁損耗,保證其高效穩(wěn)定運行。因此,選用新型節(jié)能配電變壓器對提高配電變壓器電能轉(zhuǎn)換率具有非常大的工程實際意義。自動調(diào)壓器是一種可以自動跟蹤供配電系統(tǒng)中輸入電壓值的變化(主要由電力系統(tǒng)中負載波動引起)值而通過內(nèi)部電壓的自動調(diào)節(jié),保證整個電壓輸出穩(wěn)定。自動調(diào)壓器實際就是一個恒定輸出的三相自耦變壓器, 它可以在供配電系統(tǒng)電壓處于20%波動范圍內(nèi),利用內(nèi)部相應(yīng)控制器對整個電壓進行動態(tài)調(diào)節(jié),保證其輸出電壓的恒定,從而有效提高供配電系統(tǒng)的供電電能質(zhì)量水平, 保證10kV供配電系統(tǒng)高效穩(wěn)定的運行,達到節(jié)能降耗的目的。

3 無功補償提高變壓器負載功率因數(shù)

在配電網(wǎng)系統(tǒng)中有大量感應(yīng)電動機和其他感應(yīng)電氣設(shè)備,這些設(shè)備在運行過程中除了消耗配電網(wǎng)有功電能外,還需要一定量的無功功率維持系統(tǒng)電磁平衡。配電網(wǎng)中無功容量的減少,勢必會導(dǎo)致整個系統(tǒng)功率因素cosΦ值較低,從而增加了配電變壓器的系統(tǒng)能耗,增大了電能損失。采用SVC、SVG等無功補償裝置,可以對配電網(wǎng)系統(tǒng)無功進行實時補償,從而實現(xiàn)配電網(wǎng)區(qū)域無功的動態(tài)平衡,使配電網(wǎng)負載電流降低,減少變壓器的有功損耗和無功損耗,達到節(jié)能降耗的目的。在配電變壓器允許電壓偏差范圍內(nèi),選用調(diào)壓與補償電容器相結(jié)合的無功調(diào)節(jié)措施方案,可以實現(xiàn)配電變壓器峰谷運行工況條件下的逆調(diào)壓節(jié)能運行需求。

4 保持配電變壓器運行三相負荷實時平衡

當配電變壓器三相負荷處于不平衡狀態(tài)時,就會造成變壓器三相壓差過大,從而產(chǎn)生負序電壓,導(dǎo)致供配電系統(tǒng)電壓發(fā)生波動,影響電壓質(zhì)量和供配電系統(tǒng)安全可靠運行。由于變壓器某相繞組中負荷電流過大,就會導(dǎo)致該繞組的銅損增大,增大變壓器損耗;負荷三相不平衡還會造成變壓器內(nèi)部磁路發(fā)生不平衡,從而形成大量的漏磁通,且在流經(jīng)銅皮、變壓器鐵心夾件等部件,就會發(fā)生發(fā)熱現(xiàn)象,增大變壓器內(nèi)部雜散損耗。配電變壓器三相負荷不平衡是其產(chǎn)生巨大能耗的主要原因,當配電變壓器處于三相平衡負荷運行工況條件下,其負載損耗最小;而當變壓器處于三相負荷不平衡運行工況下,其總能耗為三相損耗的總和,尤其當變壓器運行在最大三相不平衡狀態(tài)下,其系統(tǒng)損耗就是平衡負荷時損耗的三倍。配電變壓器處于三相負荷不平衡運行工況條件下,不僅會增加自身能耗,同時還會增加一次高壓側(cè)線路損耗,據(jù)大量實際運行經(jīng)驗表明,配電變壓器處于最大不平衡運行工況時,其高壓線路的電能損耗會增加12.5%。因此,在10kV配電變壓器運行工況設(shè)計、施工、以及后期運行維護過程中,應(yīng)該對電力負荷進行充分統(tǒng)計分析,設(shè)計出高效經(jīng)濟合理的供配電系統(tǒng)布線方案,并采取先進的技術(shù)手段措施,保持變壓器運行時其三相負荷長期處于近似平衡工況;變壓器選擇應(yīng)盡量選在負荷中心位置。在后期運行維護過程中通過監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測供配電系統(tǒng)電壓水平,并對不合理運行工況進行及時調(diào)整;對于10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)中的大容量單相電氣設(shè)備,應(yīng)設(shè)專用單相變壓器,并直接接在供配電系統(tǒng)的高壓網(wǎng)絡(luò)上;同時采取相應(yīng)無功補償及消諧裝置,提高供配電系統(tǒng)功率因素,保證10kV供配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟的高下運行。因此,通過調(diào)整配臺區(qū)的三相負荷使變壓器基本處于平衡運行工況,是降低配電變壓器運行損耗一個重要技術(shù)手段。

5 結(jié)語

10kV配電變壓器的節(jié)能降耗技術(shù)措施較多,除了上述幾種技術(shù)手段外,變壓器運行溫度等也是影響配電變壓器節(jié)能經(jīng)濟運行的一個因素,因此,在配電網(wǎng)實際運行維護過程中,必須結(jié)合配電變壓器的實際運行情況,采取合理有效的技術(shù)措施保證配電變壓器長期運行在最優(yōu)工況,有效降低配電變壓器運行綜合能耗,實現(xiàn)配電變壓器節(jié)能降耗經(jīng)濟調(diào)度運行目標。