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(yùn)用技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的方法選擇配電變壓器容量的 主張。針對(duì)農(nóng)村用電的性質(zhì)和特點(diǎn)，計(jì)算了配電變壓器的負(fù)荷及其在不同 情況下的年運(yùn)行費(fèi)，揭示了配電變壓器的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)狀況，通過對(duì)配電 變壓器容量的選擇，證明了上述方法與主張是切合實(shí)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(jì)算負(fù)荷 年運(yùn)行費(fèi) 分析 計(jì)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(gè)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(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。因此，配電變壓器容量的選擇問題應(yīng)當(dāng)認(rèn)真探討。在選擇配電變壓器時(shí)，使其具有足夠的帶負(fù)荷能力，滿足各種用電負(fù) 荷的需要是對(duì)它的基本要求。 因此，只有對(duì)農(nóng)村用電負(fù)荷進(jìn)行分析和計(jì)算， 得到針對(duì)變壓器的計(jì)算負(fù)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(jí)的配電變壓器中進(jìn)行技術(shù)性選擇。1.1 農(nóng)村用電負(fù)荷的分析 農(nóng)村用電的特點(diǎn)歸納起來主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：(1) 多樣性：負(fù)荷種類有照明排灌、動(dòng)力及鄉(xiāng)鎮(zhèn)村辦企業(yè)的綜合負(fù)荷。 照明在時(shí)間上比較集中，動(dòng)力多為中小型電動(dòng)機(jī)，負(fù)載率低，自然功率因 數(shù)(cos)低。(2) 分散性：負(fù)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(dòng)性： 農(nóng)電負(fù)荷晝夜變化較大。 如照明多在晚上， 動(dòng)力多在白天， 排灌連續(xù)用電，綜合負(fù)荷有開有停，峰谷差別較大。年最大負(fù)荷利用小時(shí) 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(fù)荷 也較為突出，年峰谷差也較大。從以上情況可以看出，就負(fù)荷而言以下五個(gè)方面是影響變壓器容量的 主要因素。(1) 實(shí)際統(tǒng)計(jì)的總負(fù)荷。它是一個(gè)基本量，反映了變壓器用電負(fù)荷的多 少，再考慮同時(shí)率后就是比較實(shí)際的負(fù)荷了。(2) 高峰負(fù)荷。是用電負(fù)荷大的季節(jié)且負(fù)荷同時(shí)率最高時(shí)出現(xiàn)的負(fù)荷， 它要求變壓器的容量應(yīng)大于該值。(3) 三相導(dǎo)步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流。起動(dòng)電流是額定電

4、流的57 倍，如變壓器容量選得過小，在單臺(tái)較大容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)和多臺(tái)電機(jī)同時(shí)起動(dòng)時(shí)， 就會(huì)出現(xiàn)過電流和嚴(yán)重的低電壓。如果沒有減壓措施，配電變壓器容量勢(shì) 必選得過大，在負(fù)荷平穩(wěn)時(shí)就會(huì)“大馬拉小車”。(4) 自然功率因數(shù)與無功補(bǔ)償。當(dāng)負(fù)荷的自然功率因數(shù)很低時(shí)，帶同樣 的有功負(fù)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(jìn)行無功補(bǔ)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(gè)值既能保證電壓質(zhì)量又比較經(jīng)濟(jì)。在實(shí)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?xiàng)l

5、件限制，配電變壓器無 法安裝在中心， 還有些農(nóng)村的負(fù)荷點(diǎn)遠(yuǎn)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(diǎn)和臺(tái)數(shù)，調(diào)劑配電變壓 器的容量。1.2 農(nóng)村用電負(fù)荷的計(jì)算照明負(fù)荷 農(nóng)村照明負(fù)荷主要集中在夜間燈峰期，其同時(shí)率很高，此時(shí)其他家用 電器的負(fù)荷比較高，并且日光燈、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇、電視機(jī)等存 在無功負(fù)荷，因此，計(jì)算負(fù)荷與統(tǒng)計(jì)負(fù)荷基本相當(dāng)，即PC P。1.2.2 排灌負(fù)荷 由于電動(dòng)機(jī)同時(shí)運(yùn)行，且在同一排灌期內(nèi)大多數(shù)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行，所 以把各電動(dòng)機(jī)銘牌功率加起來，同時(shí)考慮電動(dòng)機(jī)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(jì)算負(fù)荷：Sc式中 Sc計(jì)算負(fù)荷， kVA ；MN 電動(dòng)機(jī)額定功率的總和， kW； 電動(dòng)機(jī)的效率，取 0.85；cos 電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)，取 0.85； 功率損失，取 5%10%。 計(jì)算負(fù)荷應(yīng)按直接起動(dòng)最大的電動(dòng)機(jī)的功率校核，最大的電動(dòng)機(jī)的功率不應(yīng)大于計(jì)算負(fù)荷的 30%，即 PMN 0.3SC，如不滿足此項(xiàng)條件，應(yīng)采 取降壓措施。1.2.3 綜合負(fù)荷綜合負(fù)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(dòng)力負(fù)荷，又 有相應(yīng)的生產(chǎn)照明及生活照明等負(fù)荷，有時(shí)還有學(xué)校、商業(yè)、娛樂等辦公 營業(yè)負(fù)荷。這些負(fù)荷的大小、年受電時(shí)間、同時(shí)率、功率因數(shù)及供電半徑 等因素， 對(duì)計(jì)算負(fù)荷的大小與準(zhǔn)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(jì)運(yùn)行和負(fù)荷的發(fā)展。(1) 估測(cè)計(jì)算負(fù)荷 gc 式中 gc綜合負(fù)荷的運(yùn)行計(jì)算值， kVA ； P總計(jì)負(fù)荷， kW；K 綜合負(fù)荷的同時(shí)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(jì)計(jì)算負(fù)荷 1。 2。A/cos 1式中 A全年用電的電能數(shù)， kWh ；cos 負(fù)荷的功率因數(shù)，取 0.8 0.85；K1 經(jīng)濟(jì)負(fù)荷系數(shù)， 1/h；K2近期 (23 年)負(fù)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(fù)荷時(shí)間， h；td 全年有電時(shí)間， h(3) 用

8、直接起動(dòng)的一臺(tái)最大功率電動(dòng)機(jī)進(jìn)行校核。2 單臺(tái)配電變壓器的經(jīng)濟(jì)性分析與計(jì)算 投資最省是對(duì)配電變壓器的經(jīng)濟(jì)性要求，分析和計(jì)算它的綜合年運(yùn)行 費(fèi)是考察的必要手段。將擬定的計(jì)算負(fù)荷對(duì)高于計(jì)算負(fù)荷23 級(jí)容量的配電變壓器進(jìn)行分析、計(jì)算和比較，其結(jié)果是確定變壓器容量經(jīng)濟(jì)性的依 據(jù)。2.1 年運(yùn)行費(fèi)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(chǎng)參考價(jià)格，元，見表1；m抵償年限，取 20 年。(2) 年大修折舊費(fèi) ( 2)2 n(2)式中 n%折舊率，取 6%。表 1 配電變壓器價(jià)格注 配電變壓器容量。(3) 年空載損耗費(fèi) (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(shí)間，取 8400h(其照明占 1/3，取 2800h，動(dòng)力占 2/3， 取5600h）；C1照明電價(jià)，取現(xiàn)價(jià) 0.412 元/kWh ；C2動(dòng)力電價(jià)，取現(xiàn)價(jià) 0.61 元/kWh。(4)年負(fù)載耗費(fèi) (Z4) 4( f) 2(131232)(4) 式中 P配電變壓器的額定負(fù)載損耗， kW ，見表 2；Sf擬定的計(jì)算負(fù)荷， kVA ；S被計(jì)算的配電變壓器容量， kVA ； 最大功率損耗時(shí)間， 取 2600h(最大負(fù)荷利用小時(shí) 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(fù)載損耗 P標(biāo)準(zhǔn)數(shù) (kW)(5) 供電貼費(fèi)的年均值 (5)：供電貼費(fèi)又叫業(yè)務(wù)擴(kuò)充資金， 是用戶申請(qǐng) 用電時(shí)， 應(yīng)承擔(dān)的由供電部門統(tǒng)一規(guī)劃并負(fù)責(zé)建設(shè)的110kV 以下各級(jí)電壓外部供電工程的建設(shè)、擴(kuò)充與改造等費(fèi)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(fù)荷按比例核算，現(xiàn)設(shè)動(dòng)力占2/3，照明占 1/3)。5( 23×45013×400) m433.333(5)綜合年運(yùn)行費(fèi)為各項(xiàng)之和，即 1 2345(6) 2.2 單臺(tái)配電變壓器年運(yùn)行費(fèi)的計(jì)算因?yàn)檗r(nóng)村負(fù)荷較小，所以僅計(jì)算 315kVA 以下的配電變壓器。計(jì)算中 設(shè)計(jì)算負(fù)荷為 1

11、05kVA 和 170kVA 兩種，分別對(duì) 125、160、200kVA 和 200、 250、 315kVA 配電變壓器進(jìn)行計(jì)算?，F(xiàn)以計(jì)算負(fù)荷 S 170kVA 對(duì) 200kVA 配電變壓器年運(yùn)行費(fèi)的計(jì)算為 例，其計(jì)算結(jié)果見表 3。表 3 配電變壓器投資計(jì)算表結(jié)果表明：在同一計(jì)算負(fù)荷下，隨著配電變壓器容量的增加，各項(xiàng)費(fèi) 用除負(fù)載損耗漸降外，其他均為漸增，年運(yùn)行費(fèi)也是漸增。配變價(jià)格與電 貼費(fèi)是影響年運(yùn)行費(fèi)高低的主要因素。3 負(fù)荷增長時(shí)配電變壓器經(jīng)濟(jì)性分析針對(duì)負(fù)荷的增長， 單臺(tái)配電變壓器容量改變時(shí)， 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(fù)荷增長時(shí)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(jì)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(dāng)前實(shí)際負(fù)荷的需要，待日后負(fù)荷增長時(shí)，再換較大容量的 配電變壓器；第二種選法是初選變壓器時(shí)就考慮負(fù)荷的增長，讓配電變壓 器容量留有裕度，負(fù)荷增長時(shí)可不更換變壓器。但何時(shí)增加負(fù)荷，增長多少，往往難以預(yù)測(cè)，不過農(nóng)村照明負(fù)荷增長 不會(huì)很大，村辦企業(yè)等另論，三年內(nèi)有明顯增長是現(xiàn)實(shí)的。 下面就 這兩種情況舉例計(jì)算：如：當(dāng)計(jì)算負(fù)荷 180kVA ，計(jì)算 200kVA 與 250kVA 配電變壓器，根 據(jù)前述計(jì)算，可選 200kVA 配電變壓器，三年后負(fù)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。現(xiàn)針對(duì) 100kVA 與 160kVA 、160kVA 與 200kVA 、200kVA 與 250kVA 、 250kVA 與 315kVA 之間計(jì)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(tái)運(yùn)行與增加小容量變壓器兩臺(tái)運(yùn)行的分 析與計(jì)算。當(dāng)配電變壓器需要增容 (設(shè)原配電變壓器運(yùn)行三年后增容 )時(shí)，經(jīng) 常會(huì)遇到這樣的情況： 更換一臺(tái)大容量的還是增加一臺(tái)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(yùn)行維護(hù)等方面進(jìn)行 考慮。各級(jí)容量配電變壓器增容時(shí)投資計(jì)算結(jié)果見表5。表 5 各級(jí)容量配電變壓器增容時(shí)投

14、資的計(jì)算結(jié)果計(jì)算時(shí)若選兩臺(tái)小變壓器，則應(yīng)減去原配電變壓器部分(設(shè) 3 年 )折舊費(fèi)，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(fèi) (17/20·Z1) 。 4 配電變壓器容量的選擇以上幾個(gè)重要環(huán)節(jié)的分析與計(jì)算，為配電變壓器容量的合理選擇提供 了技術(shù)經(jīng)濟(jì)依據(jù)。我們就是運(yùn)用這些結(jié)果及數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合，對(duì)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(gè)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(jì)算負(fù)荷下長期運(yùn)行，并能承擔(dān)最大負(fù)荷(包括電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流 )，這是一個(gè)最基本的技術(shù)要求。 因此， 配電變壓器容量 應(yīng)使。(2)單臺(tái)新投運(yùn)配變應(yīng)根據(jù)年運(yùn)

15、行費(fèi)的計(jì)算結(jié)果，選擇費(fèi)用低者，如果不滿足技術(shù)要求，就必須選擇高一級(jí)容量的配電變壓器，例如，當(dāng)計(jì)算負(fù) 荷為 170kVA 和 195kVA 時(shí)，顯然對(duì) 200kVA 變壓器年運(yùn)行費(fèi)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(dāng)負(fù)荷增長時(shí)，一種情況是單臺(tái)變壓器間的選擇，當(dāng)原小容量變壓 器能變賣時(shí)，應(yīng)采用選由小容量配電變壓器運(yùn)行，待增容時(shí)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(tái)大容量與兩臺(tái)小容量配電變壓器的選擇。從計(jì)算 結(jié)果可以看出， 兩臺(tái)小容量變壓器運(yùn)行費(fèi)高， 一臺(tái)大容量變壓器運(yùn)行費(fèi)低。 同時(shí)，兩臺(tái)配電變壓器的高低壓配電 (含電能計(jì)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