配電變壓器容量選擇

1、配電變壓器容量選擇農(nóng)村配電變壓器容量的合理選擇張金星 徐成宇 山東省青州供電局 (262500)接要 本文提出了運用技術(shù)經(jīng)濟比較的方法選擇配電變壓器容量的 主張。針對農(nóng)村用電的性質(zhì)和特點，計算了配電變壓器的負荷及其在不同 情況下的年運行費，揭示了配電變壓器的主要技術(shù)經(jīng)濟狀況，通過對配電 變壓器容量的選擇，證明了上述方法與主張是切合實際的，是合理的。關(guān)鍵詞 農(nóng)村用電 配電變壓器 容量 合理選擇 計算負荷 年運行費 分析 計算 配電變壓器在農(nóng)村電力網(wǎng)中分布廣、數(shù)量多，占有舉足較 重的地位。配電變壓器容量 ( 視在功率 )的選擇是農(nóng)電工程中的一個重要環(huán) 節(jié)，選擇的合理與否，不但影響供用電的可靠性，而

2、且還決定著初投資的 大小和運行的經(jīng)濟性。因此，配電變壓器容量的選擇問題應(yīng)當認真探討。在選擇配電變壓器時，使其具有足夠的帶負荷能力，滿足各種用電負 荷的需要是對它的基本要求。 因此，只有對農(nóng)村用電負荷進行分析和計算， 得到針對變壓器的計算負荷來，為其容量的確定提供技術(shù)依據(jù)，才能在各 容量等級的配電變壓器中進行技術(shù)性選擇。1.1 農(nóng)村用電負荷的分析 農(nóng)村用電的特點歸納起來主要表現(xiàn)在以下四個方面：(1) 多樣性：負荷種類有照明排灌、動力及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村辦企業(yè)的綜合負荷。 照明在時間上比較集中，動力多為中小型電動機，負載率低，自然功率因 數(shù)(cos)低。(2) 分散性：負荷分布廣、線路長、容量小、數(shù)量多及供電

3、距離長短不一。(3) 波動性： 農(nóng)電負荷晝夜變化較大。 如照明多在晚上， 動力多在白天， 排灌連續(xù)用電，綜合負荷有開有停，峰谷差別較大。年最大負荷利用小時 在 3000h 左右。(4) 季節(jié)性：灌溉在旱季，排澇在雨季，收獲期及其后的加工用電負荷 也較為突出，年峰谷差也較大。從以上情況可以看出，就負荷而言以下五個方面是影響變壓器容量的 主要因素。(1) 實際統(tǒng)計的總負荷。它是一個基本量，反映了變壓器用電負荷的多 少，再考慮同時率后就是比較實際的負荷了。(2) 高峰負荷。是用電負荷大的季節(jié)且負荷同時率最高時出現(xiàn)的負荷， 它要求變壓器的容量應(yīng)大于該值。(3) 三相導(dǎo)步電動機起動電流。起動電流是額定電

4、流的57 倍，如變壓器容量選得過小，在單臺較大容量電動機起動和多臺電機同時起動時， 就會出現(xiàn)過電流和嚴重的低電壓。如果沒有減壓措施，配電變壓器容量勢 必選得過大，在負荷平穩(wěn)時就會“大馬拉小車”。(4) 自然功率因數(shù)與無功補償。當負荷的自然功率因數(shù)很低時，帶同樣 的有功負荷就需選較大容量的變壓器，且變壓器的有功損耗很高，顯然， 若用電容器進行無功補償，就可以避免上述情況，但是又增加了低壓配電 裝置的投資。(5) 低壓出線的供電半徑。原部頒規(guī)程規(guī)定 400V 低壓線路的供電半徑 不應(yīng)超過 500m ，這個值既能保證電壓質(zhì)量又比較經(jīng)濟。在實際中有些農(nóng) 村盡管供電區(qū)域半徑不超過 500m，但由于地理條

5、件限制，配電變壓器無 法安裝在中心， 還有些農(nóng)村的負荷點遠離中心區(qū) （半徑超過 500m）。為了解 決這些問題，我們不得不增加配電變壓器的安裝點和臺數(shù)，調(diào)劑配電變壓 器的容量。1.2 農(nóng)村用電負荷的計算照明負荷 農(nóng)村照明負荷主要集中在夜間燈峰期，其同時率很高，此時其他家用 電器的負荷比較高，并且日光燈、洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇、電視機等存 在無功負荷，因此，計算負荷與統(tǒng)計負荷基本相當，即PC P。1.2.2 排灌負荷 由于電動機同時運行，且在同一排灌期內(nèi)大多數(shù)電動機連續(xù)運行，所 以把各電動機銘牌功率加起來，同時考慮電動機的效率 、功率因數(shù) cos 以及 5%10%的功率損失，即可得到排灌專用配電

6、變壓器的計算負荷：Sc式中 Sc計算負荷， kVA ；MN 電動機額定功率的總和， kW； 電動機的效率，取 0.85；cos 電動機的功率因數(shù)，取 0.85； 功率損失，取 5%10%。 計算負荷應(yīng)按直接起動最大的電動機的功率校核，最大的電動機的功率不應(yīng)大于計算負荷的 30%，即 PMN 0.3SC，如不滿足此項條件，應(yīng)采 取降壓措施。1.2.3 綜合負荷綜合負荷是指既有用于農(nóng)村工業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)等的動力負荷，又 有相應(yīng)的生產(chǎn)照明及生活照明等負荷，有時還有學(xué)校、商業(yè)、娛樂等辦公 營業(yè)負荷。這些負荷的大小、年受電時間、同時率、功率因數(shù)及供電半徑 等因素， 對計算負荷的大小與準確性影響很大。

7、因此，必須全面綜合分析， 并應(yīng)考慮到經(jīng)濟運行和負荷的發(fā)展。(1) 估測計算負荷 gc 式中 gc綜合負荷的運行計算值， kVA ； P總計負荷， kW；K 綜合負荷的同時率取，取 0.50.8；K 功率因數(shù)和效率的綜合系數(shù)，取 0.75 0.8。(2) 經(jīng)濟計算負荷 1。 2。A/cos 1式中 A全年用電的電能數(shù)， kWh ；cos 負荷的功率因數(shù)，取 0.8 0.85；K1 經(jīng)濟負荷系數(shù)， 1/h；K2近期 (23 年)負荷發(fā)展系數(shù)，取 1.01.2； K 配電變壓器的損耗比 Pk 0，S7 系列取 6.3，S9系列取 5.3；tf 全年有負荷時間， h；td 全年有電時間， h(3) 用

8、直接起動的一臺最大功率電動機進行校核。2 單臺配電變壓器的經(jīng)濟性分析與計算 投資最省是對配電變壓器的經(jīng)濟性要求，分析和計算它的綜合年運行 費是考察的必要手段。將擬定的計算負荷對高于計算負荷23 級容量的配電變壓器進行分析、計算和比較，其結(jié)果是確定變壓器容量經(jīng)濟性的依 據(jù)。2.1 年運行費的內(nèi)容(1) 在抵償年限內(nèi)的初投資的年均值 (Z1) 1 m(1)式中 Z配電變壓器的現(xiàn)行市場參考價格，元，見表1；m抵償年限，取 20 年。(2) 年大修折舊費 ( 2)2 n(2)式中 n%折舊率，取 6%。表 1 配電變壓器價格注 配電變壓器容量。(3) 年空載損耗費 (3)3 0 0(1/3C12 3

9、2)(3)式中 0配電變壓器空載損耗， kW ，見表 2； 0年帶電時間，取 8400h(其照明占 1/3，取 2800h，動力占 2/3， 取5600h）；C1照明電價，取現(xiàn)價 0.412 元/kWh ；C2動力電價，取現(xiàn)價 0.61 元/kWh。(4)年負載耗費 (Z4) 4( f) 2(131232)(4) 式中 P配電變壓器的額定負載損耗， kW ，見表 2；Sf擬定的計算負荷， kVA ；S被計算的配電變壓器容量， kVA ； 最大功率損耗時間， 取 2600h(最大負荷利用小時 Tm 取 4000h， cos取 0.85，由 m-關(guān)系查出 )。表 2 9 系列配電變壓器空載損耗 P

10、0、額定負載損耗 P標準數(shù) (kW)(5) 供電貼費的年均值 (5)：供電貼費又叫業(yè)務(wù)擴充資金， 是用戶申請 用電時， 應(yīng)承擔的由供電部門統(tǒng)一規(guī)劃并負責(zé)建設(shè)的110kV 以下各級電壓外部供電工程的建設(shè)、擴充與改造等費用的總稱 (其中純農(nóng)灌、生活用電 400 元/kVA ，余者 450元/kVA ，綜合負荷按比例核算，現(xiàn)設(shè)動力占2/3，照明占 1/3)。5( 23×45013×400) m433.333(5)綜合年運行費為各項之和，即 1 2345(6) 2.2 單臺配電變壓器年運行費的計算因為農(nóng)村負荷較小，所以僅計算 315kVA 以下的配電變壓器。計算中 設(shè)計算負荷為 1

11、05kVA 和 170kVA 兩種，分別對 125、160、200kVA 和 200、 250、 315kVA 配電變壓器進行計算?，F(xiàn)以計算負荷 S 170kVA 對 200kVA 配電變壓器年運行費的計算為 例，其計算結(jié)果見表 3。表 3 配電變壓器投資計算表結(jié)果表明：在同一計算負荷下，隨著配電變壓器容量的增加，各項費 用除負載損耗漸降外，其他均為漸增，年運行費也是漸增。配變價格與電 貼費是影響年運行費高低的主要因素。3 負荷增長時配電變壓器經(jīng)濟性分析針對負荷的增長， 單臺配電變壓器容量改變時， 其選擇可有多種方案， 下面主要考察兩種情況。(1) 先選小容量配電變壓器， 待負荷增長時再換大容

12、量配電變壓器與直 接選大容量配電變壓器的計算比較。第一種選法是先選容量較小的配電變 壓器，僅滿足當前實際負荷的需要，待日后負荷增長時，再換較大容量的 配電變壓器；第二種選法是初選變壓器時就考慮負荷的增長，讓配電變壓 器容量留有裕度，負荷增長時可不更換變壓器。但何時增加負荷，增長多少，往往難以預(yù)測，不過農(nóng)村照明負荷增長 不會很大，村辦企業(yè)等另論，三年內(nèi)有明顯增長是現(xiàn)實的。 下面就 這兩種情況舉例計算：如：當計算負荷 180kVA ，計算 200kVA 與 250kVA 配電變壓器，根 據(jù)前述計算，可選 200kVA 配電變壓器，三年后負荷增長為 230kVA ，重 換為250kVA 配電變壓器，

13、也可直接初投 250kVA 配電變壓器?，F(xiàn)針對 100kVA 與 160kVA 、160kVA 與 200kVA 、200kVA 與 250kVA 、 250kVA 與 315kVA 之間計算，其結(jié)果見表 4。表 4 配電變壓器投資一覽表(2) 更換較大容量變壓器單臺運行與增加小容量變壓器兩臺運行的分 析與計算。當配電變壓器需要增容 (設(shè)原配電變壓器運行三年后增容 )時，經(jīng) 常會遇到這樣的情況： 更換一臺大容量的還是增加一臺小容量呢 ?這就需要 從配電變壓器本身的投資、配電裝置及建筑的規(guī)格、運行維護等方面進行 考慮。各級容量配電變壓器增容時投資計算結(jié)果見表5。表 5 各級容量配電變壓器增容時投

14、資的計算結(jié)果計算時若選兩臺小變壓器，則應(yīng)減去原配電變壓器部分(設(shè) 3 年 )折舊費，若換為大變壓器， 如原配電變壓器不能變賣則應(yīng)加折舊費 (17/20·Z1) 。 4 配電變壓器容量的選擇以上幾個重要環(huán)節(jié)的分析與計算，為配電變壓器容量的合理選擇提供 了技術(shù)經(jīng)濟依據(jù)。我們就是運用這些結(jié)果及數(shù)據(jù)進行綜合，對配電變壓器 容量的選擇加以定性與定量的約束，把它從一個理想的范圍內(nèi)確定下來， 即配電變壓器容量的選擇條件如下：(1) 配電變壓器必須能在計算負荷下長期運行，并能承擔最大負荷(包括電動機起動電流 )，這是一個最基本的技術(shù)要求。 因此， 配電變壓器容量 應(yīng)使。(2)單臺新投運配變應(yīng)根據(jù)年運

15、行費的計算結(jié)果，選擇費用低者，如果不滿足技術(shù)要求，就必須選擇高一級容量的配電變壓器，例如，當計算負 荷為 170kVA 和 195kVA 時，顯然對 200kVA 變壓器年運行費最低，但經(jīng) 技術(shù)條件的校核，后者不符合要求，所以應(yīng)分別選 200kVA 和 250kVA 配 電變壓器。(3) 當負荷增長時，一種情況是單臺變壓器間的選擇，當原小容量變壓 器能變賣時，應(yīng)采用選由小容量配電變壓器運行，待增容時再換較大容量 配電變壓器的方案。如不能變賣，應(yīng)采取直接上較大容量的配電變壓器的 方案。另一種情況就是單臺大容量與兩臺小容量配電變壓器的選擇。從計算 結(jié)果可以看出， 兩臺小容量變壓器運行費高， 一臺大容量變壓器運行費低。 同時，兩臺配電變壓器的高低壓配電 (含電能計量 )裝置、土建投資也相應(yīng) 增大，顯然， 更換大容量配變較為合理。 總之，在選擇配電變壓器容