（电力系统及其自动化专业论文）利用低压配电自动化技术实现城市变压器经济运行.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 本文在现有配电变玉器经济运行方法、应用现状的罨玎究基础上，对配 电变压器经济运行方式进行了深入探讨。 在配电变压器经济运行的原理基础上，分析了配电变压器经济运行的 几种不同情况，讨论如何把配电变压器经济运行原理与实际相结合来达到 降低配电变压器的电能损耗的目的。 讨论了配电变压器经济运行的常规调节方式，并在此基础上提出了超 短期负荷预洲的配电变压器经济运行方式，采用线性趋势二阶自适应系数 外推预测方法，较好地解决了配电变压器投切时间点的选择问题。 利用低压配电自动化技术实现变压器经济运行，并对其功能与实现机 理加以阐述和分析。 结合实际应用进行效益分析，说明这项技术对于节约电能、节省电力 投资能够起到非常积极的作用。 【关键词】：低压配电自动化技术；经济运行：负荷预测 山查_ 大兰堡圭兰篁笙塞 a b s t r a c t b a s e do nt h ee c o n o m ico p e r a t i o no ft r a n s f o r m e rf o rd is t r i b u t i o n a n d t h ea p p l i c a t i o no fi t ，t h eo p e r a t i o nm e t h o disd is c u s s e d i n d e t a i li at h isp a p e r t h ep a p e ra n a l y z e ds e v e r a lc o n d i t i o n s o f e c o n o m i co p e r a t i o no ft r a ns f o r m e rf o rd is t r i b u t i o na n dd e s c r i b e d h o wt oc 。m b i m et h ep r i n c i p l eo fe c o n o m i co p e r a t i o nw i t h t i l e p r a c t i c ef o rt h ep u r p o s eo fr e d u c i n gt h ee l e e t r i c a l e n e r g yl o s s a n dr a is i n gt h ep o w e rf a c t o r o fs o u r c es i d e t h ep a p e ra ls o d i s c u ss e dt h en o r m a lr e g u l a r i o nm e t h o d so fe c o n o m i eo p e r a t i o r ia n d g a v eanewm e t h o do fs u p e r s h o r t t e r m l o a dc a l c u l a t i o nw h i c h r e s o l v e dt h ee h o ic eo ft h es h u t t i m ep o i n to f t h ed i s t r i b u t i o n t r a n s f o r m e r ，u s i n g al i n e r t r e n d i n g2s t e ps e l fa d a p t a t i o n c o e f f i c ie n tc a l c n l a t i o n t h ea u t o m a t ict e c h n o l o g yo fl o w v o l t a g ed i s t r i b u t i o ni su s e d i nt h ee c o n o m i co p e r a t i o no ft r a n s f o r m e r s ，w h o s ef u n c t i o a a n d p r i n c i p l ea red e s c r i b e di nd e t a i l c o m b in e dw i t ht h ep r a c t ic e ，b e n e f i c i a la n a l y s i sisc a r r i e do n t os h o wt h a tt h et e c h n o l o g ya c t sp o s i t i v e l y o l ls a v i n ge l e c t r i c e n e r g ya n d ir i v e s t m e n t 【k e y o r d s 】a u t o m a t i ct e c h n o l o g yo fl o w v o l t a g e d is t r i b u t i o n ； e e o n o m i eo p e r a t i o n ：l o a dc a l c u l a t i o n 山东大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 变压器经济运行的作用和意义 2 0 0 3 年，全国出现了电力供需紧张的局面，据不完全统计已有2 1 个 省( 市) 拉闸限电。而且不仅仪是在夏季高峰负荷期间限电，即便在秋季全 国还有1 4 个省市在拉闸限电。即使是山西这样的能源大省，仍然每天限 电约1 0 0 万千瓦。造成如此严峻的局面固然有很多客观的原因，但是对电 力系统经济运行的忽视确实是其中非常重要的原因之一。 近年来，国家大力推行住宅小区建设，并要求供电企业必须开展“一 户一表”工作，使供电企业占据的终端市场发展迅速，原先由物业公司等 单位自行管辖的居民小区配电设施也逐步移交给供电公司直接管理，相应 的功率损耗也改由供电公司承担，这无疑给供电企业增加了很大的生产成 本。因此对于电力系统经济运行的研究不仅对于缓解电力供需紧张局面有 重要意义而且对于降低供电企业成本也是非常有价值的。 变压器是各行各业及人们生活中应用最广泛的一种电器设备。一般来 说，从发电、供电、一直到用电，需要经过4 6 次变压器的变压过程， 因此不仅变压器的总台数要超过发电机的总台数，而且运行变压器的总容 量也大大超过发电机的总容量，并且也远远超过电动机的总容量。变压器 在变压和传递功率的过程中，自身要产生有功功率的损失和无功功率的消 耗，由于变压器的总台数多、总容量大，在发、供、用电过程中变压器总 的电能损耗约占整个电力系统损失的3 0 左右。因此变压器经济运行是实 现电力系统经济运行的重要环节。 变压器在变压和传递电功率的过程中，_ l | 量最多的是配电用变压器。 配电变压器足电力系统末端配电用的变压器，它是配电网中主要配电设 备。因此配电变压器分布面非常广泛，它应用在囤计民生各个领域中，也 就是说，凡是用电之处就存在着配电变压器，所以配电变压器总的数量和 容量都很人。另外配电变压器具有容量小、负载波动大、氏时间处于轻载 平空投运行的特点，因此其损耗也很大。所以开展配电变压器经济运行节 电潜力火，也是本文研究的t 要对象。 些奎丕兰堡圭兰垡丝銮 1 2 配电变压器经济运行的现状 随着科学技术水平的提高，从配屯变压器制造工艺上减少变压器损耗 已没有很大的发展空间，在实际应用中，更多的是由于配屯变压器容量、 运行方式选择错误造成配电变压器资源的浪费，主要表现在人们通常会错 误的认为： 1 凡是一台配电变压器能承担的负载，就不用两台运行； 23 凡是4 、容量配电变压器能承担的负载，就不用大容量配电变压器 运行； 3 如何判定配电变压器过轻负载( 俗称“大马拉小车”) 的问题，长 期以来都是以配电变压器容量利j ；1 ；j 率来划分，其结果不仅不省电，反而浪 费； 4 错误的认为配电变压器的利用率越高，配电变压器损失的电能就 越小( 即效率越高) 。 综上所述，解决配电变压器经济运行问题主要应解决配电变压器运行 点的选择和运行方式的选择。 1 3 本文的主要工作 在综述了配电变压器经济运行方法研究和应用现状的基础上，本文基 一对配电变压器经济运行方式进行了深入研究，主要工作包括如下儿方 面： 1 在配电变压器经济运彳的原理基础上，分析了配电变压器经济运行 的几种不同情况，讨论如何把配电变压器经济运行原理与实际相结合来达 到降低配电变压器的电能损耗和提高电源测功率因数的目的。 2 讨沦配屯变压器经济运行的常规调节方式，并在此基础上提出了超 短期负荷预测的配电变压器经济运行方式，采用线性趋势二阶自适应系数 外推预测方法，较好地解决了配电变压器投切时i 、h j 点的选择问题。 3 利用低压配电自动化技术实现变压器经济运 j ：，并对其功能与实现 机理加以阐述和分析。 4 结合实际麻川对利川低压配电a 动化技术实现变压器经济运行进 东大学顶学位论文 行效益分析，说明这项技术对于节约电能、节省电力投资能够起到非常积 极的作用。 2 配电变压器经济运行基本原理 2 1 配电变压器经济运行的基础理论 配屯变压器技术参数是分析计算配电变压器经济运行的基础数据。配 电变压器经济运行是寻求配电变压器运行中降低配电变压器的功率损耗， 即降低配电变压器的有功功率损耗和无功功率消耗。配电变压器无功功率 消耗降低要引起配电变压器连接系统的电网有功功率损耗的降低。因此综 合功率损耗也是有功功率损耗，它的提出是具有系统性的。配电变压器综 合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳节电法，是既考虑有功电量节 约，又考虑无功电量节约的综合最佳；是既考虑用电单位的节电，又考虑 电网损耗降低的系统最佳m 。 2 1 1 配电变压器的技术参数 配电变压器的技术参数是表征配电变压器在供电过程中自身损耗的 性能一一有功功率损耗和无功功率消耗。双绕组配电变压器技术参数包 括：空载电流i 。，空载损耗p 。，短路电压u 。及短路损耗p 。 空载电流( 励磁电流) 空载电流的作用是在配电变压器空载运行时建立起主磁通，因此空载 电流又称为励磁电流。当配电变压器负载侧开路，在电源侧加额定电压u ，、 时，原绕组便有电流i 。流过，这个电流称为配电变压器的窄载电流。空载电 流值和铁芯利质、磁路的几何尺寸及铁芯制作工艺等密切相关。 ， i o = 旦1 0 0 一( 2 1 ) l i n 式中l 。一一空载电流，a ： i ，、一一配电变压器一次侧绕绢的额定电流，a 。 一、空载损耗( 铁芯损耗) 窄载损耗是在配电变压器接入额定i 乜压条件下，铁芯内由励磁电流引 东大学硕士学位论文 行效益分析说叫这项技术对于节约电能、节省l n 力投资能够起到非常积 极的作用。 2 配电变压器经济运行基本原理 2 1 配电变压器经济运行的基础理论 酣电变压器技术参数是分析计算配电变压器经济运行n 勺基础数据。配 电变压器经济运行是寻求配电变压器运行中降低配电变压器的功率损耗， 即降低配电变压器的有功功率损耗和无功功率消耗。配电变压器无功功率 消耗降低要引起配电变压器连接系统的电网有功功率损耗的降低。吲此综 合功率损耗也是有功功率损耗，它的提出是具有系统性的。配电变压器综 合功率经济运 j 二是立足于电力系统总体屉佳节电法，是既考虑有功电量节 约，又考虑无功电量节约的综合最佳；是既考虑用电单位的节电，又考虑 电网损耗降低的系统虽佧“j 。 2 1 1 配电变压器的技术参数 配电变压器的技术参数足表征配电变坻器在供电过程中自身损耗的 性能一一有功功率损耗和无功功率消耗。烈绕组配电变压器技术参数包 括：空载电流i 。，卒载损耗p 。，短路电压u 。及短路损耗p 。 空载电流( 励磁电流) 空载电流的作用是在配电变压器空载运行时建市起主磁通，因此空载 电流又称为励磁电流。当配电变压群负载侧开路，在电源侧加额定电压u 。、 时，原绕组便有屯流io 流过，这个电流称为配电变压器的空载电流。空载电 流值和铁芯利质、磁路的几何尺寸及铁，出制作工艺等密切相关。 ， i o = 导1 0 0 ( 2 1 ) 1 式中l 。一一空载电流，a i 、一一配电变压器 次删绕组的额正电流a 。 一、空载损耗( 铁芯损耗) 窄裁损耗是存配电变压器接入额定 压条件下，铁芯内由嘞磁l h 流引 窄裁损耗是存配电变压器接入额定 压条件r ，铁芯内由啪磁l h 流引 东大学顶学位论文 行效益分析，说明这项技术对于节约电能、节省电力投资能够起到非常积 极的作用。 2 配电变压器经济运行基本原理 2 1 配电变压器经济运行的基础理论 配屯变压器技术参数是分析计算配电变压器经济运行的基础数据。配 电变压器经济运行是寻求配电变压器运行中降低配电变压器的功率损耗， 即降低配电变压器的有功功率损耗和无功功率消耗。配电变压器无功功率 消耗降低要引起配电变压器连接系统的电网有功功率损耗的降低。因此综 合功率损耗也是有功功率损耗，它的提出是具有系统性的。配电变压器综 合功率经济运行是立足于电力系统总体最佳节电法，是既考虑有功电量节 约，又考虑无功电量节约的综合最佳；是既考虑用电单位的节电，又考虑 电网损耗降低的系统最佳m 。 2 1 1 配电变压器的技术参数 配电变压器的技术参数是表征配电变压器在供电过程中自身损耗的 性能一一有功功率损耗和无功功率消耗。双绕组配电变压器技术参数包 括：空载电流i 。，空载损耗p 。，短路电压u 。及短路损耗p 。 空载电流( 励磁电流) 空载电流的作用是在配电变压器空载运行时建立起主磁通，因此空载 电流又称为励磁电流。当配电变压器负载侧开路，在电源侧加额定电压u ，、 时，原绕组便有电流i 。流过，这个电流称为配电变压器的窄载电流。空载电 流值和铁芯利质、磁路的几何尺寸及铁芯制作工艺等密切相关。 ， i o = 旦1 0 0 一( 2 1 ) l i n 式中l 。一一空载电流，a ： i ，、一一配电变压器一次侧绕绢的额定电流，a 。 一、空载损耗( 铁芯损耗) 窄载损耗是在配电变压器接入额定i 乜压条件下，铁芯内由励磁电流引 山东大学硕士学位论文 起 磁通周期性变化时产生的损耗，也称铁芯损耗。铁耗包括基本铁耗和附加 铁耗。 r = k 。仍：y + k ，2 曰：v + b ( 22 ) 式中b 。一一最大磁通密度，t ； f 一一频率，h 。； n 一一磁滞系数； v 一一铁芯体积，m 3 ； p 。一一附加铁耗； k 。，k 。一常数。 短路电压( 短路阻抗) 配电变压器的短路电压是指在二次绕组短路时，在一次绕组施加额定 频率的电压，当二次绕组通过额定电流时，一次绕组所麓加的电压u k 称 为配电变压器的短路电压，又称阻抗电压。 吣= 等1 0 眠( 2 3 ) 式中u ，、一一配电变压器一次侧绕组的额定电压，k v 。 二、额定负载损耗 当配电变压器在额定负载运行时一次、二次绕组流过额定电流，此时 绕组中所产生的损耗称为额定负载损耗( 配电变压器铭牌上为负载损耗) 额定负载损耗包括基本铜耗和附加铜耗两部分。配电变压器铭牌所给 定的px 值，系指绕组温度为7 5 。c 时额定负载所产生的功率损耗。在上述 四个参数中，p 。与p 。主要反应配电变压器的有功功率损耗，i 。，与u 。则反应 配电变压器的无功功率消耗。 在进行配电变压器经济运行的分析和计算时，为了简化计算，常近似 为 q 【，= s o = l o s x l o ( 2 4 ) 山东大学硕士学位论文 政= s f = u f s l o ( 2 5 ) 2 1 2 配电变压器的功率损耗 配电变压器综合功率损耗的计算。 综合功率损耗是指配电变压器有功功率损耗和因其消耗无功功率使 电网增加的有功功率损耗之和。 双绕组配电变压器综合功率损耗p ：( k w ) 的计算式 巴= p + k q a q ( 2 6 ) 或己= p 0 ：+ 矿乓：( 2 7 ) 声= ( 2 8 ) 式中k 。一一无功经济当量，k w k v a r ； p 。：一一空载综合功率损耗，k w ： p 。：一一额定负载综合功率损耗，k w ： 1 3 一一t 时间段内配电变压器的平均负载系数： s 一t 时间段内配电变压器输出视在功率，k v a 。 p 。p 。：的计算式分别为 p o ：= p o + k 。q 。 ( 2 9 ) p k ：= pk + k o q 。 ( 2 1 0 ) 稳态计算式 t 时间段内配电变压器综合功率损耗p ，( k w ) 计算式为 艺= r ：+ 矿户乏( 2 1 1 ) t 时间段内配电变压器综合电能( 量) 损耗a ，( k w h ) 计算式为 a a z = 幽p + k 。a 口= ( p o z + ! c 汪) 7 ( 2 1 2 ) 动态计算式 当配电变压器负载波动较大，即负荷率 9 5 时，若再用稳态i l 算 式避行订算将会产生很大的误筹，此时应利用动态计算式进行计算。 t 时问段内配电变压器综合功率损耗p ，( k w ) 计算式为 只= a p + k ( ) a q = 只z + k r 二只( 2 1 3 ) 山东大学硕士学位沦文 t 时间段内配电变压器综合电能( 量) 损耗a ：( k w h ) 计算式为 h a z = a ，+ k o 峨= ( r z + k r , 8 2 只口) 丁( 2 1 4 ) 2 1 3 综合功率经济负荷系数b ，： 配电变压器综合功率经济负荷系数是确定配电变压器经济运行区和 经济运行区优选段的基础。所谓综合功率经济负荷系数是指综合功率损耗 率最低时，配电变压器输出实际功率与额定容量之比。由于配电变压器制 造技术的不断发展，主材由热轧硅钢片到冷轧硅铡片，现在发展为节能配 电变压器，其综合功率经济负荷系数b ，明显下降。长期以来，人们习惯 将b 。说成为7 5 ，认为配电变压器接近满载运行最经济，也有人提出1 3 ，： 为5 0 ，这些数据都不准确。每台配电变压器的b 。大小，根据自身材质 和技术条件的不同有较大差别。表2 1 为从不同省市、不同厂家配电变压 器算出的b ，：值，一般配电变压器计算值应在0 2 5 0 4 0 之间。 表2 1 s p p x i 。u i p o z p 【2dj z k v a k wk w k wk w 63 01 358 6 80 7 24 791 8 0 41 1 6 80 393 3 15o4 3 1 125 9 1 0 。4 8 46 。9 15 。8 3 6 47 67 5 o 3 49 10 0 0 022 2128 9 0 63810 022 8 58 2 28 9 o 353 3 150 03 02 18 50 3 69 7 4 1 3 4 5 24 050 28 1 2 2 配电变压器间技术特性优劣的判定 配电变压器技术特性就是配电变压器的功率损耗和损耗率的负载特 性曲线。配电变压器技术特性反映了配电变压器技术参数和：r 况负载的特 。陀。 一台配电变压器在传输功率的过程中其自身产生的损耗即空载损耗 在电压稳定时熬本不变，负载损耗随配电变琏器负荷量的变化星平方关系 山东大学硕士学位论文 变化，由于每台配电变压器的电气特性不同，其负荷一损耗特性曲线也不 同。 配电变压器技术特性优劣的判定是配电变压器经济运行的基础，其标 准是：存相同负载条件下，损耗小者为优，损耗大者为劣。在有些情况下 可以直观地区分配电变压器技术特性的优劣，但在有些情况下( 特别是对 容量不同的配电变压器) ，其技术特性的优劣需要经过判定公式计算后才 能确定。 2 2 1 容量相同双绕组配电变压器间技术特性优劣的判定 若有a 、b 两台容量相同的配电变压器，根据式( 2 1 1 ) 、( 2 8 ) 可写 出各台配电变压器综合功率损耗计算式 乞：屹+ 2 l o ：乞+ 2 u f 2 1 5 ) r 2 1 6 ) 令a p z a = a p ：。，可推出按综合功率经济运行时，配电变压器a 和b 之 间技术特性优劣判定的临界负载功率s 。：( k v a ) 屯砥愿蔫 = s ”( 2 1 7 ) 根据( 2 1 7 ) 式，按运行方式可以分为三类：o s 。 1 ，= 0 ，= o 。的四种情况，在任何负载( 不超载) 条件下，都是小 的( 或p 。相等而p 。，小的) 配电变压器优于p 。大的配电变压器；s 。= o 0 ，两台配屯变压器技术特性完伞相同，不存在优劣之别。 山东大学硕士学位论文 2 2 2 容量不同双绕组配电变压器问技术特性优劣的判定 如果有a 、b 两台容量刁i 同的配电变压器，即s 、。 s ，负载视在功率 为s ，则a 、b 两台配电变压器的综合功率损耗的计算式p ：。( k w ) 和g p 。 ( k w ) 分别为 匕嘞+ ( 封。峋 屹= + 恃 2 c ：- 9 ， 当令a p ：。= p ：。时，对上两式联立求解，可推导出a 、t 3 两台容量- f 同 的配电变压器综合功率临界负载功率s 。( k v a ) 的计算式 f 2 2 0 ) 根据( 2 19 ) 式，从运行方式我们可咀分四种情况： 当p 一 p 。s ，。2 时，解得s 。： s 。在小容量配电变压器满载 之前就需要切换大容量配电变压器运行。 i ( 及孚( 等笋时，解得s l z = j 口 i f 尹。a ( f 及二芋) ：孑时，解得s 。) s 。 当。簧。鲈 时，在小容量变压器满 lp 。n = p 0 m 及专笋( 等手时，解得s l z = 0 ip “；” 昂m ( 弓。及等笋= 专笋时，解得5 。= o o l“m o n b 载之后才需要切换大容量变压器运行。 山东大学硕士学位论文 当 f 如) 乃。及i 笋) 笋时，解得s 。= j a o m o n b dp f 如) 及；笋( 芋时，解得s 。) s 。 。n a 啊p 8 时，在任何负载条件下 do l 易。= f 。及芋) 之笋时，解得。= 0 o “ao n b pp 局m ) 及笔笋= 等乎时，解得s l z = 。 都是容量大的变压器b 运行经济。 当p o z 一) p 。及p k 。a s 。2 r ，。s 、。2 时，解得s 。： s 、配电 变压器a 已超载，只能用容量大的配电变压器b 运行。当p o z 。= p 。及 p m s ”2 = p m s 、。2 时，解得s 。：= o o 时，说明两台配电变压器技术特性完全 相同。但由于s 、。 s 一所以应选择容量大的配电变压器b 运行( 考虑配电 变压器运行温度对功率损耗的影响) _ 1 。 2 3 配电变压器的经济运行方式 并列运行配电变压器经济运行方式的确定。主要是指配电所有两台以 上配电变压器并列运行，在供相同负载条件下，优选功率损耗最小的运行 方式。按此原则，在多种配电变压器运行方式中，按负载从小到达的次序 选出各种配电变压器经济运行方式的经济运行区间。 在相同负载条件下，配电变压器并列运行的功率损耗不仅与运行方式 的组合技术参数有关，而且与配电变压器问负载的分配有关。所以在分析 配电变压器经济运行方式时，一定要考虑配电变压器短路阻抗不等和容量 不同等因数的影响。 如变配电所配电变压器总台数为n ，则存在着( 2 l 1 ) 种组合运行方 式。以三台配电变压器j , j 例，共存在七种运行方式，即a 、b 、c 配电变压 器单台运行，a b 、b c 、c a 两台配电变压器并列运行以及a b c 三台配电变压 器并列运行。在这七种运行方式之间，还要经过十五次的比较判定，即单 台配电变压器之间经过三次，两台并列方式之问经过三次，一台与两台并 列之问经过六次，两台并列与三台并列之间经过三次。其它台数并列运行 山东大学硕士学位论文 以此类推。 集中在一起的变压器越多，可选择的经济运行方式固然也就越多，经 济运行效果也就更加显著。但是对于配电变压器尤其是在城市居民小区等 单位中受供电半径和空问的限制，三台以上配电变压器集中在一起是不现 实的。一般最多可选择每两台变压器集中在一起，构成如图2 1 接线方式。 以下我们也主要以两台配电变压器并列运行展开论述。 2 3 1 配电变压器并列运行条件与安全经济运行 配电变压器并列的最理想情况是：空载时，并列的配电变压器二次 侧之间没有循环电流；负载时，两配电变压器所承担的负载电流应按它 们的额定容量成比例的分配；两台配电变压器负载侧电流应同相位。 为了达到以上理想的并列要求，并列运行的两台配电变压器必须满足 下列四种条件：绕组接线组别必须相同：变比应相等：短路阻抗应接 近：容量不能相差太大。 两台配电变压器并列运行相当于台组合式配电变压器运行，其组合 后的空载损耗p 一和励磁功率q m 分别等于各台配电变压器空载损耗和励 磁功率损耗之和 p 0 总= p 矗+ p o ”( 22 1 ) q d o = q + q 。口( 2 2 2 ) 2 台配电变压器并列运行空载综合功率损耗p 。n 的计算式 只，。= 易总+ k 口q o ：= 只) z f + 岛z 二( 2 2 3 ) 【h 东大学硕士学位论文 对并列运行配电变压器经济运行优化计算式的推导及判定原则是：并 列运行变压器短路阻抗不大于1 0 晌规定，以经济运行优化计算方面作进 一步的划分，即并列运行配电变压器短路阻抗相接近和并列运行配电变压 器短路阻抗相差较大两个概念。 并列运行配电变压器短路阻抗相接近( 因短路阻抗完全相等是很难做 到的) 的含义是：容量相同的配电变压器并列运行时负载分配是均衡的。 容量不同的配电变压器并列运行时负载是按容量等比分配的。 并列运行配电变压器短路阻抗相接近的具体条件是：配电变压器问短 路阻抗的差值u 。应满足下列的要求 a u f u x m - u k x x 1 0 0 - 5 - ( 2 2 4 ) “ u p 、 式中u 。一配电变压器最大短路阻抗的百分数； u 。、一配电变压器最小短路阻抗的百分数； u 。一一并列运行方式中全部配电变压器短路电压百分数的算术平均 值。 2 台配电变压器并列运行时，其组合后的总额定容量、额定负载综合 功率损耗， 短路阻抗接近的双绕组配电变压器并列运行 并列运行配电变压器组合后的总额定容量s 、。等于各台配电变压器额 定容量之和，组合后的额定负载损耗p 。额定负载满漏磁功率o 。、和额定 负载综合功率损耗p 。分别等于各台配电变压器损耗之和。 s u = s i + s ”( 2 2 5 ) 。= 名。+ 最2 ( 2 2 6 ) q 。= q 1 + ( k ! ( 2 2 7 ) = + k 。q 。= 。+ 2 ( 2 2 8 ) 短路阻抗相差较大的双绕组配电变压器并列运行 接线组别相同、变比相等的配电变压器并列运行时，由于短路阻抗的 刁；同，直接影响配电变压器间的负载分配。对2 台短路阻抗不同的配电变 压器并列运j j ，当台配电变压器满载时，其最人允许负载( 能承担的总 负载) s 。( k v a ) 的汁算式为 l ： 些奎盔主堡圭兰焦丝塞 = u “y i = i u k 址i 嚷0 ( 2 2 9 ) 式中u xx 一一并列运行配电变压器中最小的短路阻抗值。 并列运行配电变压器的组合额定负载损耗p 。额定负载漏磁功率q 。、 和额定负载综合功率损耗p 。的计算式分别为 p k n 融陶i = 1 甜o h i 职瑚， = 陲胤对犯m ， = 聃= ( 瓠壤i = l k 。n iz 2 3 2 ) i = l i n i 2 + = ( j j 等j 以 式( 2 2 6 ) 、( 2 2 7 ) 、( 2 2 8 ) 计算出的p 。q 。，和p 。二为近似计算结果，式 ( 2 3 0 ) 、( 2 3 1 ) 、( 2 3 2 ) 计算出的p 。q 。和p 。为精确计算结果。 工矿企业电力配电变压器经济运行导则国家标准中给出了短路阻抗接 近、两绕组配电变压器芳列运行的综合功率经济运行方式的临界负载功率s 。 ( k v a ) 的计算式 式中 s z z = n 1 n 1 ( ) ，一( ) 。 土王 n 2 n l，h 1 ( ) 。( ) ；一( ) ，( 艺) ； f li = l = i f - 1 s 。一临界负载功率，k v a ： s 一，第i 台配电变压器额定容量，k v a ： i 、i i 系指i 与i i 两种运行方案； n ，、f l , 系指对应i 与i i 两种运行方案的运行台数。 2 3 2 容量相同配电变压器的并列运行 r 2 3 3 ) 对容量相同、短路阻抗接近的2 台配电变压器并列运行的经济运行方 式可从单台与两台并列运行之间技术特性优劣的判定：设配电所有两台配 虫丕盔兰堡主兰焦生圣 电变压器a 和b ，则当配电变压器a 单独运行和配电变压器a 、b 并列运行 ( 在一定条件下投入配电变压器b 时) ，其综合功率损耗p ：。和；的计 算式分别为 吃2 + c 毒j = 。十( 爿。 式中p o = p + p 。z 8 p k z b = pk z + pk z 日 ( 2 3 4 ) f 2 3 5 ) 令p “2 p 一，对式( 2 3 4 ) 和式( 2 3 5 ) 联立求解，可得出综合功 率临界负载功率临界负载功率s 。” 广：一 a - 8 观s 叫哥乏i j 。o z i i i ( 2 3 6 ) 将式( 2 3 4 ) 和式( 2 3 5 ) 的特性曲线分别绘制在图2 2 上，式( 2 3 6 ) 的解s n ”即为两条曲线的交点，由图2 2 可看出存在着两种情况： 2 nn , 1 一 当p 。 k z a - - 一f k z b ，即s 占” s 。时，如图2 2 ( 6 ) 所示，t - k t 青况t 两条曲线交点l 。位于s x 的右侧，则在配电变压器满载前直是配电变压器 a 运行经济，当变压器a 满载后才投入配电变压器1 3 并列运行经济。同理 可以导出按有功功率损耗最小的临界负载功率s 。、。”和按无功功率消耗最 小的临界负载功率s i 。”。 东大学硕士学位论文 p ，( k w ) p 加 r n p ，c k w ) p o b p p 。= f ( s ) 0 s 。1 “s 、s ( k v a ) ( a ) o s 、 s 。：“s ( k v a ) ( b ) 图2 2 单台与两台并列运行问变压器临界负载功率 2 3 3 容量不同变压器并列运行 变压器容量不同、短路电压相接近、2 台并列运行时，其间负载的分 配是按容量成比例进行的。本部分的分析计算相似于前面容量相同部分， 但要考虑容量不同的因素对单台与两台并列运行之间技术特性优劣进行 判定 设变配电所有容量不同的变压器a 和b ，则当变压 a 单独运行与变压 器a 、b 并列运f j 二的综合功率损耗p 。、和。的训算式分别为 一 一 ! 量丕丕兰堡主兰焦笙苎 乞= + ( 砉) 2 7 ， 乞。= 。+ i 2 ，亿。s ， s 釜= f艺。 1 鲁一杀每 f 2 3 9 ) 令p z = a p m 对式( 2 3 7 ) 和式( 2 3 8 ) 联立求解，可得出相似于( 2 3 3 ) 的综合功率临界负载功率s 。”“ 对式( 2 3 9 ) 的分析判定相似于对式( 2 3 6 ) 的分析判定，亦有两种情 况。 同理也可导出有功功率和无功功率的临界负载功率计算式乩。“、 s ”。 2 3 4 变压器分列运行的经济运行方式h 变压器分列运行是指在变电所内分别运行的变压器，或相距较近分列 运行的变压器( 中间有联络线) 。如图2 3 ，两台分列运行变压器有三种运行 方式：变压器a 单台运行；1 3 单台运行；a 、1 3 分列运行。在供相同负载条 件下优选损耗小的运行方式，称为分列运行变压器的经济运行方式。 图2 3 双绕组变压器分列运行示意图 b 一一 j挑叫 ! ! 垒丕主堡主兰篁监塞 由分段开关共用的运行方式系指两台变压器在同一变电所内，分别向 不同段母线供电，当一台停运行，另一台可通过母线分段丌关( 联络开关) 向停运变压器所带母线供电，从而实现共用运行方 式。因联络母线很短，故可忽略其电阻和电抗。 g b t 1 3 4 6 2 一一9 2 中给出了分列运行变压器采用共用变压器综合功率 经济运行方式的临界负载功率( k v a ) 的计算式 s 孟尸o 。；f ( 要 2 一j & ，2 茜i 一2 4 式中s ；。一一两台变压器分列和共用的临界负载功率，k v a ； s 。一被切除变压器的负载功率，k v a ； s 一；一一共用变压器额定容量，k v a ： s 。一被切除变压器额定容量，k v a ； p 。：。一一被切除变压器综合功率空载损耗，k w ； p k z b 一一被切除变压器综合功率额定负载损耗，k w ； p 。一一共用变压器综合功率额定负载损耗，k w ： 对负载波动较大的分列供电的变压器a 和b ，在一定的负载条件下( b 。+ b 。1 ) ，要采用共用运行方式时，应先比较共用变压器a 和共用变压 器b 的技术特性优劣，然后将判定出的技术特性优的变压器共用和分列运 行经济性进行比较，确定是共用还是分列。从而选择出最优的运行方式。 以达到降低变压器损耗的目的。 由于变压器的经济负载系数仅是变压器负载功率曲线上的一点，这对 负载在一定范围内波动时，校验变压器的经济运行条件来说是很困难的。 冈此国家标准g b t 1 3 4 6 2 9 2 提出了变压器经济运行区的概念，并给出了 按综合功率确定变压器经济运行区的方法。该标准在变压器经济运行区内 又提出变压器经济运行区的优选运行段( 即最佳经济运行区) ，并给出了 最佳经济运行区的确定方法，同时也为判定变压器“大马拉小车”( 亦称 “最劣运行j 叉：”) 提供了科学依据。 g b t 13 4 6 29 2 刘变压器经济运行区确定的原则是：变 在额定负 载条件下的运行应腻于经济运j j ：区。凶此，经济运行区的卜限制定为0 山东大学硕i 学位论文 。= l ；经济运行区的下限值所对应的损耗率与额定负载损耗率相等，其值 为b 。= b2 i 。在经济运行区( 即b 。b 。范围内) 运行时，其损耗率要低 于额定负载损耗率，即经济运行区问的变压器运行效率要高于变压器额定 负载条件下的运行效率。 将变压器的运行区间划分为最佳经济运行区、经济运行区、最劣运行 区，并绘制成如图2 4 所示的运行区间划分图。 由图2 4 可知：综合功率的运行区间范围是： 最佳运行区( 优选段) 1 3 3b ，2 b o 7 5 ； 经济运行区d 。：2 d 1 ； 最劣运行区( “大马拉小车”运行区) 0 8 b 。2 p ：、 p 。 p ：b 0 b1 2 z bj 2 z b ”bj lz b 2bl z 图2 4 变压器综合功率运行区间划分图 3 通过负荷预测选取变压器经济运行控制点 3 1 负荷预测的作用及意义 电力系统应当保证对各类用户尽可能经济地提供可靠而合乎标准要 求的电能，即要满足符合要求。 负荷是指发电厂、供屯地区或电网在某一瞬问所承担的工作负荷。剥 用户来说，用电负荷是指连接在电网的用，、所有用电设备在某一瞬间所消 耗的功率之和。 负荷的大小与特性，无论是处于电力系统没计还是对于运行研究而 言，都是极为重要的因素。对负荷的变化与特t l ：有个事先的估计， | j 电 1 “ l i 1 尔大学硕士学位论义 力系统负荷预测，是电力系统发展与运行研究的重要内容。 负荷预测就是在_ 允分考虑些重要的经济运行特性、增容决策、自 然条件与社会影响的条件下，研究或利用一套系统地处理过去与未来负荷 的数学方法，在满足定精度要求的意义f ，确定未来某特定时刻的负荷 数值。 负荷预测对变压器的控制运行是非常重要的，提高其精度能改善变 压器运行的经济性。 3 2 负荷预测概述 负荷预测本身是一个保证在一定精度意义上，确定未来系统负荷的 程序，其本质是要对未来一段时期的负荷如何受许多变量的影响进行预 测。 电力系统负荷预测分为系统负荷预测和母线负荷预测两类，两系统 负荷预测按周期又有超短期、短期、中期和长期之分。 超短期负荷预测用于质量控制需5 l o s 的负荷值，用于安全监视需 l 5 m i m 的负荷值，用于预防控制和紧急状态处理需l o 6 0 m i l 3 的负荷值， 短期预报需要1 日1 周的负荷值。一般来说，氏期预报为lo 年以上，中 期预报通常为5 l o 年。 这里着重讨论用于控制变压器经运行的超短期负荷预测。 3 3超短期负荷预测基本模型 超短期负荷预测是指未来一小时以内的负荷预测。j f 常情况下一般不 考虑气象条什卜的影响，事实上气象变化对负荷的影响，主要表现在温度 改变引起负荷变化，由于温度变化是缓慢的，所以它对负荷的影晌一般不 会突变。当以负荷历史记录作为负荷坝洲的资料时，温度的影响实际上就 己包含在负荷的历史i 已录中了。但是，刘j 。天气突变和其它一些对负荷造 成影响的突发事f l 。，在预测的前提下必须加以考虑。 超矩期负荷的模型必须能够反映负荷存短j 【j 州f 司内的变化规利! 。存。 灭q t 属饭l i l 的l 坩川内，比如1 0 分钟内的负荷变化，z 上升趋势、卜骄趋 山东大学硕士学位论文 势或水平趋势的都有，并_ hf ：升和下降变化的快慢又；- , f c n 同，这样看来， 未来i o 分钟的负荷变化值，虽不同时刻变化多样，规律似乎很难掌握， 但是应该认识到，在极短的时间内，预测时刻的负荷值一定是在当前时刻 负荷值的基础上的发展变化。存当前时刻负荷值已知的情况下，如果能知 道预测时刻负荷的变化趋势那么问题就解决了。 3 4变压器经济运行调节方式 根据上一章我们所讨论的变压器经济运行的基本原理，结合实际情况 来实现对变压器运行方式的调节。 3 4 1 变压器经济运行常规调节方式 设有两台参数完全相同的变压器a 和b ，则存在三种组合运行方式。 如图3 1 所示其运行状态可分为： a 运行，b 备用 a 备用，b 运行 a 、b 两台变压器并列运行 一般情况f ，由于片j 电量随时间变化较明显，工厂、商业、居民区等， 我们可以找到几个时间段，把负荷进行划分，根据负荷变化来对变压器进 行投切。但如果仅根据负荷变化来划分，当负荷波动较大时，势必会引起 变压器频繁的投切，从而给变压器及其他设备造成负担。进而影响设备的 稳定：r ：作，不符合我们的经济运行的初袭。 因此，我仃j 仃必要综台负荷变压器投切的特性，协调负荷与时间f i ；j 山东大学硕士学位论文 关系，方法如下： 1 我们以一天为单位，把一天划分为两个时段，描述用电量大时闻 段和小时间段。设为n ，te l ( 用电量大时段) 、t 。：t 。( 用电量小时段) ，t 。l 和r 为两个时问点。 2 控制规则是以时间为主控，即：t 过t 。时投，t 过t 。时切。考虑 负荷波动，我们只允许变压器每天投切一次，即t t 。时，当检测到 s s 。：”( s 。：”) 时投一次，并且不再切变压器：直到t t 。，后，当检测到 s t 。s s 。3 ”( s 。”) 时投一次；t t 。s s 。：”“时投一台变压器。同理，设曲线i 的时间设定值t 。，= 2 2 ：4 5 ， 由图可知t e 。设定对于曲线i i 来说明显滞后，从而出现增加量。： ( 。：为单台运行比两台并列运行节省电量) ，同样，要调整设定的 时问段，t 。= 2 1 ：4 5 ，使t 经过t 。，后在s t 。时，如s s 。：”“则投一台；当t t 。时，如s t 。时，如s s 。：。”则投一台：当 t t b 。时，如s t 时，预测值由直线x 。= a 。+ b ：l 计算，它们是在一条直线上。 实现“重近轻远”的预测原则，可以通过对数据加以不等权，近期数 据给予较大权数，远期数据给予较小的权数，日的在于强化近期数据的作 用，弱化远期数据的影响。 泖帅啪姗帅m啪 出奎盔兰堡圭兰焦笙塞 二阶自适应法是二次指数平滑法的进一步发展，在一次、二次指数 平滑法里。的选取不是一件容易的事，即使找到了合适的n ，随着数据的 新变化，原来的。值可能不再适用。因而考虑依据情况变化，不断修正a