大学高校配电变压器负载率分析 PDF 下载

　　目前大量高校配电变压器的负载率普遍很低，本文就此对配电变压器负载率进行理论分析，给出变压器负载率与损耗的关系及最优负载率选取应考虑的因素；结合采集到的北方某高校配电变压器负载率的实际运行数据，对低负载率进行分析，避免实际运行中变压器负载率过低，从而最大限度地降低设计配电变压器容量，以节省初期投资和运营成本，达到高校建筑供配电系统经济运行和节能的目的。

　　选取变压器最优负载率应考虑的因素在工程实际中，一般根据计算负载来选择变压器容量，但不能简单地根据变压器经济运行点负载率（约为60%~80%）来选择，以下举例说明。
　　假设某工程经常负荷为500kVA，现将不同容量变压的年有功损耗费用、变压器投资费用列入表2进行对比。
　　从表2可以看出：①平均负载率在范围内时，变压器容量越大，年有功损耗费用越小，即为损耗所支出的电费相应也少，而变压器投资、电力增容费及高可靠费用（不同地区的收费政策不尽相同，有的地方则不收取此费用）相对增加。显然，如果从变压器投资、电力增容费及高可靠费用角度考虑，可选用500kVA的变压器；但从用户今后用电发展需求、变压器的安全运行，以及平均负载率、年有功损耗角度出发，应选630kVA或800kVA的变压器，因为此时损耗较小，容量预留空间大。②平均负载率在31%时，即采用1600kVA变压器，变压器年有功损耗费用最低为1.37万元，变压器投资费用为15万元，相较采用800kVA的变压器，变压器年有功损耗费用低0.4万元，投资费用高7万元，变压器运行20年则有功损耗费用节省0.4×20=8万元，完全可以弥补投资费用上的差额。因此，在不考虑电力增容费及高可靠性费用及资金利息的前提下，相对来说采用1600kVA变压器比较经济。③平均负载率低于25%时，变压器年损耗费不是最少，变压器投资费用又高，造成大量的资源和经济上的浪费。
　　综上，变压器平均负载率最少应达到30%以上才算经济。但是要想达到最优还需综合考虑上述多种投资及运行费用因素。因此，在选择变压器容量时，需根据不同负荷条件下变压器的有功损耗的变化、变压器的购置费用、当地售电单价、供电收费政策、因变压器20年的合理使用期内所带负荷的正常增长而预留一定的变压器容量裕量等等情况综合考虑。
　　高校配电变压器负载率的统计整理通过实测，根据设计规范和技术措施设计的大量高校配电变压器的负载率均在20%左右，甚至更低。基于此，笔者对某北方高校3座10kV变电站的变压器负载率进行了为期一年（2016年12月至2017年11月）的统计整理分析。每个变电站每天9时、时、21时各统计一次，每个变电站得到总计1095个统计数据，3座变电站的情况如表3所示。
　　本文将统计后的数据绘制成负载率变化曲线图，3座变电站变压器负载率曲线图分别如图1~3所示。由3座变电站负载率的统计及变化曲线图可以看出，变电站变压器负载率主要在之间波动，且平均负载率均低于。因此，上述3座变电站变压器容量选择偏大，造成负载率偏低，这就需要对低负载率的形成进行分析，提出更为恰当合理的设计方法，使高校电力运行达到经济运行和节能。
　　高校配电变压器负载率偏低分析我国现代建设的高校一般在100万万m2，供电区域较大。因此，高校的供配电设计是整个高校供电系统建设或改造的首要任务，决定了系统建设的技术指标、投资效益。高校用电需求具有独特的季节和日历特征，其供电网的建设更需要创新的配电设计方法，满足不同时段各类负荷可靠、经济的供电需求。
　　高校的供配电设计往往是按照不同的功能分区进行组团式的建筑设计，如将教学、实验、办公、食堂公寓、大型体育场馆分别作为不同的组团，考虑到组团之间距离远、占地面积广、建筑规模大，以及10kV变电站需深入负荷中心的原则，每个组团应至少设置一个或多个10kV变电站，因而各个组团之间的用电负荷虽然存在用电高峰不同的特点，但却不易达到峰谷互补的运行态势。
　　工程设计中常用的变压器容量选择方法有变压器电能损耗法、变压器总拥有费用法、需要系数法等。
　　其中，变压器电能损耗法是按照变压器运行时损耗最低选择变压器容量。但是变压器运行当中负荷波动是比较大的，很难准确选择最优的变压器容量。一般地，随着变压器导磁材料的技术水平逐步提高，成本逐步下降，变压器损耗中空载损耗所占的比例越来越少，容量相近的变压器空载损耗相差不大。负载损耗是目前变压器损耗的重要构成部分，在负荷一定的情况下适当选择容量大一些的变压器总损耗会更低。
　　而总拥有费用法的应用效果在一定程度上取决于当地的相关用电政策。变压器价格并非高校供电系统建设投资的决定性因素，按照负荷容量收取的配套费用对于投资的影响更大。因此，总拥有费用法对于准确计算负荷容量的要求更高。
　　一般情况下，待选的供配电方案是电气设计人员根据传统计算方法进行的，不一定是客观上最优方案。如传统的用户侧变电站中变压器容量的选择首先考虑满足最大负荷的运行要求，目前，设计院常用的变压器容量计算方法是需要系数法。
　　其次，变压器的负载率不宜大于85%，经济运行点负载率约为60%~80%。目前各类高校变压器运行负载率过低（常年在20%左右）的重要根源可归结如下：传统需要系数法的粗犷；现代高校的负荷配置标准较高，负荷总量大，高校的教学楼多数考虑配置集中空调，宿舍设置分体空调。一般而言，夏季负荷高峰阶段从每年的7月中旬到8月中旬，而高校在7月初已经基本进入暑假阶段，负荷反而较低。需要系数法以所有低压出线回路作为负荷计算依据，其中空调出线回路一般占到总负荷的25%~35%，造成总负荷的计算与实际偏差较大。此外，高校实验室的用电设备较多，用电量较大，但多数属于短时或超短时性负载，将低压出线中实验室的用电负荷全部计入也必将造成计算负荷偏大。综上所述，高校变压器负载率总体上长期处于偏低状态，造成大量能源损耗和经济浪费。
　　高校配电变压器容量确定的推荐方案在实际负荷计算中，笔者逐步摸索实践并总结出新的变压器容量选择计算方法。首先采用需要系数法计算出变压器要承担的负荷（计算负荷），需要系数的选择至关重要。准确选择需要系数需要深入了解学校教学、实验、办公、食堂、公寓宿舍、会堂、体育场馆等建筑用电的特性，熟悉并掌握相关系统的运行管理规律，从而为选择经济合理的变压器容量提供有力的支持。新方法中，采取需要系数法要注意以下几点：①一般教学建筑计算负荷的原则：计算用电设备容量时不应将备用容量计算在内，同时应注意分支线路计算时个别单相负荷是按3倍单相负荷等效给出的，这部分负荷对于整个系统而言是重复计算的，所以在供配电计算过程中，应尽量采用合理的修正系数将负荷计算合理化。②间歇性短时工作制的用电设备功率，可以换算为以25%容量持续运行的用电设备功率。以电梯为例，有时候楼内电梯多达数部，完全以额定负荷计算与实际用电量相差较大。③以非消防用电设备需求选择变压器容量时，应将消防负荷当中平时使用的部分考虑在内。④变压器在为不同性质建筑供电时，应仔细计算分时负荷状态，负荷的错峰使用系数，结合照明负荷、空调负荷的分项需要系数等，最大限度考量需要系数的合理性。
　　以上述计算方法为依据得出的准确计算负荷作为高校建筑内负荷计算结果，选择变压器容量时，笔者认为只要变压器的视在功率大于所带全部负荷的计算负荷视在功率即可，称之为“计算负荷峰值选择法”。
　　＞Szjs（3）式中：SB———变压器容量，kVA；———准确计算负荷，kW。
　　虽然采用这种基于准确需要系数选择法确定计算负荷，但实际运行中计算负荷达到最大运行功率的时段较短，多数情况下仅在计算负荷的50%～70%运行，计算负荷基本就是峰值负荷。其次，按照有关统计资料，达到90%负荷的运行高峰全年一般仅有左右，达到95%负荷的运行高峰全年一般仅有左右。因此，从经济角度考虑，变压器容量只要满足计算负荷需求即可，没有必要为短时间的运行容量再考虑变压器的经济运行工况（如60%~80%的变压器经济运行），换句话说，计算负荷可以就是变压器的容量。另外，需考虑一些发展因素，可以适当放大容量10%。
　　近年来，按照“计算负荷峰值选择法”选择的变压器容量有着较好的运行曲线，有效避免了高校变压器负荷率较低的情况出现，提高了高校变压器运行效率，并大大降低了供电系统的初期投资。