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摘要：文章从配电变压器运行入手，也能取得比较好的节能效果，本提出两台配电变压器按照日负荷曲线运行方案，并对该方案的节能效果和投资效益进行分析。
关键词：配電变压器；住宅小区；损耗
Abstract: this article from the operation of distribution transformer, also can obtain better energy saving effect, the two sets of distribution transformer are put forward according to the daily load curves operation scheme, and the scheme of the energy conservation effect and the investment benefit analysis.
Keywords: distribution transformer; Residential district; loss
中图分类号： TM421文献标识码：A 文章编号：
1 住宅小区现行配变运行
住宅小区的负荷特点是峰谷差比较大，负荷率比较低（3 0 % ～4 0 %），最大负荷出现时间一般为1 7 时至22 时，最小负荷一般出现在0 时至5 时。现行的住宅小区供电方案大多是一个供电区域配置一台变压器，变压器的额定容量按满足区域最大负荷选定，变压器容量不能调整。由于变压器容量越大，其空载损耗越高，所以，在负荷较小时使用大容量变压器会出现“大马拉小车”现象，不是经济运行方案；一台变压器长期运行，出现故障时没有备用变压器，不符合“N - 1”原则，影响供电可靠性。
2 两台容量相同的变压器运行
为了降低变压器的损耗，将一个供电区域按照总容量要求配置2 台容量相等的变压器，使2 台配变容量之和等于总容量。
换言之，如果一供电区域需要配置1 台S N1 = 630k V A 的变压器，则按照本文所述的方案，该供电区域可以配置2 台SN2 = 315 kVA 变压器。
SN1 = 2SN2
运行方案：平时一台配变运行，负荷高峰时，再投运另一台变压器。如每天17 时至22 时两台变压器并列运行，满足峰值负荷要求，其余时段一台变压器供电。变压器退出运行时，高压和低压侧开关断开。两台变压器互为后备，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器可以供电，不会发生因变压器故障造成供电区域全部停电的现象。运行原理如图1 所示。
3 节能效果分析
3.1 变压器损耗计算公式
有功损耗 ： DP ＝ P0 ＋ KTb2PK
无功损耗 ：DQ ＝ Q0 ＋ KTb2QK
综合功率损耗：DPZ = DP + KQDQ
年电能损耗：DWZ = 8760 × DPZRS3
式中Q0 ——空载无功损耗（kvar ），Q0 ≈ I0% SN；
P 0 ——空载损耗（k W ）；
P K ——额定负载损耗（k W ）；
S N ——变压器额定容量（k V A）；
I 0 % ——变压器空载电流百分比；
b ——负荷率，城镇住宅小区估取3 0 % ～4 0 % ；
KT ——负载波动损耗系数，取K T ＝ 1.05；
QK ——额定负载漏磁功率（kvar）， QK ≈ＵＫ %SN；
K Q ——无功经济当量（k W / k v a r ），对城市电网和工业企业电网的6 ～1 0 k V 降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ = 0.1kW/kvar；
RS3 ——供电可靠率，此处取99.9% ；
3.2 两台变压器日最大并列运行时间
用2 台小容量变压器代替1 台大容量变压器，2 台小变压器并列运行时其综合功率损耗大于1 台大变压器综合功率损耗。因此，2 台小变压器日并列运行时间不能大于T ，否则，电能损耗高于1 台大容量变压器电能损耗，该方案不能使用。
经过推导得出2 台变压器日最大并列运行时间T < 24(DPZ1/DPZ2 - 1)
式中DP Z 1、DP Z 2 ——大变压器和小变压器的综合功率损耗，由上式求出。
3.3 损耗计算
应用上式，分别计算出S11-R-315/10 与S11-R-630/10 配电变压器的有功损耗、无功损耗、综合功率损耗和年电能损耗，负荷率取4 0 % ，供电可靠率取9 9 . 9 % 。
负荷率与有功损耗和无功损耗成平方关系，负荷率是变压器经济运行的重要参数。
表1 配电变压损耗参数表
从表2 可知，用2 台小变压器取代1 台大变压器供电方案有比较好的节能效果，变压器容量越大，节能效果越明显。假设1 个县城有10 个2 × S11-R-315 配置供电台区和10 个2 × S11-R-160 配置供电台区，每年能节约1 0 0 M W h 左右的电能，有明显的推广应用价值。
4 设备配置和投资估算
两台容量相同变压器配置方案按照安装方式不同可分为户外柱上安装方式、户内配电室安装方式和箱式变安装方式，关键设备有变压器高压和低压侧断路器，变压器自动投切控制器。
4.1 断路器设备
断路器设备应具备遥控、遥信接口，每天能够进行合分操作1 至2 次。
户外柱上安装方式每台变压器高压侧配置1 台电动负荷断路器，每台变压器低压侧配置1 台断路器，断路器类型与单台变压器供电方案相同。为了节省投资，一台长期运行的变压器高压侧可以不配负荷断路器。
户内配电室安装方式和箱式变安装方式中断路器类型与单台变压器供电方案相同。在户内配电室设计时，有的配电室已经按2 台配变设计，这样的配电室很容易实现2 台配变按日负荷曲线运行方案。
4.2 变压器自动投切控制器
变压器自动投切控制器要求具备根据负荷大小自动合分相应变压器高低压断路器的功能。此功能可以集成于负荷管理终端、变压器监控终端或无功补偿控制器中，因为此三种终端设备已经具备负荷测量等功能，尤其是具有交流采样功能的负荷管理终端，稍加改动就可用于变压器自动投切，这样的控制器软硬件平台稳定，开发工作量小，功能集成，一机多用，节省用户投资。
4.3 新增投资与回收期估算
下面以2 台 S11-R-315 配置方案为例估算新增投资和回收期。新增投资是指2 台315 kVA 变压器方案比1 台630k V A 变压器方案增加的投资。
从3 表可以看出，户外柱上方式投资较大，回收期较长，主要投资花费在高压侧断路器上，如果能开发出廉价的新型断路器，该方案还可以采用。配电室方式和箱式变方式投资较少，应该优先采用本文所述
的方案。如果配电室原设计方案已经按2 台变压器配置，采用本文所述方案的优势更明显。从2 台小变压器与1 台大变压器的投资差价而言，2 台S11-R-315 的价格与1 台S11-R-630 的价格相当，而2 台S11-R-160 的价格比1 台S11-R-315 的价格贵1 万多元。所以，630 kVA 以上的大容量变压器更换为2 台小容量变压器比较节省投资。
5 结束语
本文所述的住宅小区配电变压器节能运行方案有明显的节能效果，符合“N - 1 ”原则，对降低综合损率，提高供电可靠率有积极作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：配電变压器；住宅小区；损耗
Abstract: this article from the operation of distribution transformer, also can obtain better energy saving effect, the two sets of distribution transformer are put forward according to the daily load curves operation scheme, and the scheme of the energy conservation effect and the investment benefit analysis.
Keywords: distribution transformer; Residential district; loss
中图分类号： TM421文献标识码：A 文章编号：
1 住宅小区现行配变运行
住宅小区的负荷特点是峰谷差比较大，负荷率比较低（3 0 % ～4 0 %），最大负荷出现时间一般为1 7 时至22 时，最小负荷一般出现在0 时至5 时。现行的住宅小区供电方案大多是一个供电区域配置一台变压器，变压器的额定容量按满足区域最大负荷选定，变压器容量不能调整。由于变压器容量越大，其空载损耗越高，所以，在负荷较小时使用大容量变压器会出现“大马拉小车”现象，不是经济运行方案；一台变压器长期运行，出现故障时没有备用变压器，不符合“N - 1”原则，影响供电可靠性。
2 两台容量相同的变压器运行
为了降低变压器的损耗，将一个供电区域按照总容量要求配置2 台容量相等的变压器，使2 台配变容量之和等于总容量。
换言之，如果一供电区域需要配置1 台S N1 = 630k V A 的变压器，则按照本文所述的方案，该供电区域可以配置2 台SN2 = 315 kVA 变压器。
SN1 = 2SN2
运行方案：平时一台配变运行，负荷高峰时，再投运另一台变压器。如每天17 时至22 时两台变压器并列运行，满足峰值负荷要求，其余时段一台变压器供电。变压器退出运行时，高压和低压侧开关断开。两台变压器互为后备，当一台变压器故障或检修时，另一台变压器可以供电，不会发生因变压器故障造成供电区域全部停电的现象。运行原理如图1 所示。
3 节能效果分析
3.1 变压器损耗计算公式
有功损耗 ： DP ＝ P0 ＋ KTb2PK
无功损耗 ：DQ ＝ Q0 ＋ KTb2QK
综合功率损耗：DPZ = DP + KQDQ
年电能损耗：DWZ = 8760 × DPZRS3
式中Q0 ——空载无功损耗（kvar ），Q0 ≈ I0% SN；
P 0 ——空载损耗（k W ）；
P K ——额定负载损耗（k W ）；
S N ——变压器额定容量（k V A）；
I 0 % ——变压器空载电流百分比；
b ——负荷率，城镇住宅小区估取3 0 % ～4 0 % ；
KT ——负载波动损耗系数，取K T ＝ 1.05；
QK ——额定负载漏磁功率（kvar）， QK ≈ＵＫ %SN；
K Q ——无功经济当量（k W / k v a r ），对城市电网和工业企业电网的6 ～1 0 k V 降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ = 0.1kW/kvar；
RS3 ——供电可靠率，此处取99.9% ；
3.2 两台变压器日最大并列运行时间
用2 台小容量变压器代替1 台大容量变压器，2 台小变压器并列运行时其综合功率损耗大于1 台大变压器综合功率损耗。因此，2 台小变压器日并列运行时间不能大于T ，否则，电能损耗高于1 台大容量变压器电能损耗，该方案不能使用。
经过推导得出2 台变压器日最大并列运行时间T < 24(DPZ1/DPZ2 - 1)
式中DP Z 1、DP Z 2 ——大变压器和小变压器的综合功率损耗，由上式求出。
3.3 损耗计算
应用上式，分别计算出S11-R-315/10 与S11-R-630/10 配电变压器的有功损耗、无功损耗、综合功率损耗和年电能损耗，负荷率取4 0 % ，供电可靠率取9 9 . 9 % 。
负荷率与有功损耗和无功损耗成平方关系，负荷率是变压器经济运行的重要参数。
表1 配电变压损耗参数表
从表2 可知，用2 台小变压器取代1 台大变压器供电方案有比较好的节能效果，变压器容量越大，节能效果越明显。假设1 个县城有10 个2 × S11-R-315 配置供电台区和10 个2 × S11-R-160 配置供电台区，每年能节约1 0 0 M W h 左右的电能，有明显的推广应用价值。
4 设备配置和投资估算
两台容量相同变压器配置方案按照安装方式不同可分为户外柱上安装方式、户内配电室安装方式和箱式变安装方式，关键设备有变压器高压和低压侧断路器，变压器自动投切控制器。
4.1 断路器设备
断路器设备应具备遥控、遥信接口，每天能够进行合分操作1 至2 次。
户外柱上安装方式每台变压器高压侧配置1 台电动负荷断路器，每台变压器低压侧配置1 台断路器，断路器类型与单台变压器供电方案相同。为了节省投资，一台长期运行的变压器高压侧可以不配负荷断路器。
户内配电室安装方式和箱式变安装方式中断路器类型与单台变压器供电方案相同。在户内配电室设计时，有的配电室已经按2 台配变设计，这样的配电室很容易实现2 台配变按日负荷曲线运行方案。
4.2 变压器自动投切控制器
变压器自动投切控制器要求具备根据负荷大小自动合分相应变压器高低压断路器的功能。此功能可以集成于负荷管理终端、变压器监控终端或无功补偿控制器中，因为此三种终端设备已经具备负荷测量等功能，尤其是具有交流采样功能的负荷管理终端，稍加改动就可用于变压器自动投切，这样的控制器软硬件平台稳定，开发工作量小，功能集成，一机多用，节省用户投资。
4.3 新增投资与回收期估算
下面以2 台 S11-R-315 配置方案为例估算新增投资和回收期。新增投资是指2 台315 kVA 变压器方案比1 台630k V A 变压器方案增加的投资。
从3 表可以看出，户外柱上方式投资较大，回收期较长，主要投资花费在高压侧断路器上，如果能开发出廉价的新型断路器，该方案还可以采用。配电室方式和箱式变方式投资较少，应该优先采用本文所述
的方案。如果配电室原设计方案已经按2 台变压器配置，采用本文所述方案的优势更明显。从2 台小变压器与1 台大变压器的投资差价而言，2 台S11-R-315 的价格与1 台S11-R-630 的价格相当，而2 台S11-R-160 的价格比1 台S11-R-315 的价格贵1 万多元。所以，630 kVA 以上的大容量变压器更换为2 台小容量变压器比较节省投资。
5 结束语
本文所述的住宅小区配电变压器节能运行方案有明显的节能效果，符合“N - 1 ”原则，对降低综合损率，提高供电可靠率有积极作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。