徐肖偉，牛力霄，李永卿，彭應(yīng)超，聶鼎，楊秋昀，張春麗

（1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650217； 2.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司臨滄供電局，云南 臨滄 677000）

0 前言

季節(jié)性重過載指度夏度冬、春灌秋收、逢年過節(jié)、同期性工農(nóng)業(yè)負(fù)荷增加時(shí)段出現(xiàn)的重過載現(xiàn)象，季節(jié)性重過載一直是困擾配網(wǎng)可靠性運(yùn)行、客戶服務(wù)評(píng)價(jià)的重要影響因素，主要體現(xiàn)在對(duì)于特定時(shí)期產(chǎn)生的負(fù)荷增加，造成了大面積配電變壓器出現(xiàn)過載，帶來較大的燒毀風(fēng)險(xiǎn)[1-5]。尤其是在春節(jié)期間，由于人口流動(dòng)性、加上天氣寒冷，導(dǎo)致的重過載是一年當(dāng)中最為嚴(yán)重，日重過載臺(tái)數(shù)比其他月份高10倍之多，一旦出現(xiàn)了燒毀，造成的社會(huì)影響、投訴問題也比日常要嚴(yán)重[6-10]。

1 重過載對(duì)變壓器的影響

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，變壓器溫升和輸出電壓發(fā)生變化。溫度升高直接影響到絕緣材料的老化速度，當(dāng)溫度高于80℃時(shí)，每升高6℃絕緣壽命會(huì)減半。過載引起的低壓輸出電壓的變化又會(huì)直接影響到供電質(zhì)量。

1.1 對(duì)溫升的影響

通過試驗(yàn)驗(yàn)證重過載對(duì)變壓器溫升的影響，試驗(yàn)在配網(wǎng)真型平臺(tái)開展，采用1臺(tái)100 kVA的配變，負(fù)荷采用30~250 kW可調(diào)的純阻性負(fù)荷，通過負(fù)荷的接入和調(diào)節(jié)，使得配變的輸出在額定負(fù)荷和2倍過負(fù)荷之間調(diào)節(jié)，其電氣連接圖如圖1所示。

圖1 重過載試驗(yàn)電氣連接示意圖

試驗(yàn)步驟及結(jié)果：

第一階段，驗(yàn)證1.0倍負(fù)荷下的溫升水平。通過連續(xù)施加1.0倍負(fù)荷24 h以后，其油箱外殼的溫升穩(wěn)定在54 K（紅外測(cè)溫為65.1℃），如圖2所示。

圖2 連續(xù)1.0倍負(fù)荷運(yùn)行24 h的油箱溫度（65.1℃）

第二階段：繼續(xù)施加1.3倍負(fù)荷，持續(xù)運(yùn)行3 h，其油箱外殼溫度為86.2℃（溫升為70.2 K），如圖3所示。此時(shí)變壓器內(nèi)部受熱膨脹壓力過大致壓力釋放閥噴油，斷開負(fù)荷冷卻2小時(shí)，溫度降低至59℃后，繼續(xù)開展第三階段試驗(yàn)。

圖3 在1.0倍負(fù)荷運(yùn)行24 h，再加1.3倍負(fù)荷3 h 后油箱溫度（86.2℃）

第三階段：施加2倍負(fù)荷，持續(xù)運(yùn)行20 min，滿足技術(shù)規(guī)范書規(guī)定的10 min的要求，此時(shí)溫度由59℃升至64℃，溫升的上升速率明顯比1.0和1.3倍工況要快。3個(gè)階段的變壓器溫度變化如表1所示。

表1 試品S13-M-100 kVA配變重過載試驗(yàn) （環(huán)境溫度15℃~17℃）

由于空載損耗和負(fù)載損耗的影響，導(dǎo)致內(nèi)部產(chǎn)生了大量的有功損耗而產(chǎn)生溫升，其中負(fù)載損耗約占總損耗的90%，負(fù)載損耗即銅損，與電流的平方和直流電阻R成正比，當(dāng)過載達(dá)到2倍時(shí)，其負(fù)載損耗是額定條件下的4倍，因此過載帶來的溫升效應(yīng)就更加明顯。

1.2 對(duì)輸出電壓的影響

重過載臺(tái)區(qū)一般又會(huì)伴隨著低電壓現(xiàn)象，原因是變壓器繞組自身有直流電阻，如果負(fù)荷電流過大，導(dǎo)致變壓器的內(nèi)阻電壓分擔(dān)較大，因此對(duì)外輸出電壓有所降低，試驗(yàn)證明：當(dāng)達(dá)到2.0倍過載時(shí)，其負(fù)荷側(cè)電壓降低5.1%，又因其并未達(dá)到磁飽和，因此電壓波形無畸變。不同負(fù)荷下變壓器低壓輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示，電壓波形如圖4所示。

表2 不同負(fù)荷對(duì)低壓輸出的試驗(yàn)數(shù)據(jù)

圖4 在重過載條件電壓波形無畸變

2 重過載治理措施分析

過負(fù)荷導(dǎo)致的油溫溫度過高是重過載對(duì)變壓器造成損害的最直接、最主要的原因，其治理方法就是從降低溫升或提高溫度耐受能力入手。常用的方法是擴(kuò)容、增加布點(diǎn)分擔(dān)負(fù)荷或更換為有載調(diào)容配變、高過載配變。

2.1 更換大容量配變

通過更換大容量配變和新增配變分擔(dān)負(fù)荷，以達(dá)到降低變壓器運(yùn)行時(shí)溫升的目標(biāo)。變壓器其負(fù)載損耗是跟負(fù)荷電流相關(guān)，空載損耗是由變壓器的固有容量而決定的，其值約為負(fù)載損耗的1/10。以兩臺(tái)100 kVA和200 kVA的S13型配變?yōu)槔?，其損耗值如表3所示，空載損耗僅相差100 W，折算成電能，200 kVA的配變空載損耗每天僅多消耗2.4度電。但如果在150 kW負(fù)荷條件下，對(duì)100 kVA配變是1.5倍過載，其負(fù)載損耗變?yōu)?526W×1.52=3433W，對(duì)于200VA配變是在0.75倍額定負(fù)荷下，其負(fù)載損耗為2800W×0.752=1575W，每天100 kVA配變負(fù)載損耗反而多消耗約44.5度電。因此，從節(jié)能降損的角度，采用稍大容量的配變更節(jié)能。

表3 兩臺(tái)不同容量配變的損耗值

2.2 更換為高過載配變

對(duì)于季節(jié)性重過載或短時(shí)間重過載，高過載具有比常規(guī)配變更強(qiáng)的過載能力，因其具備和同容量的配變同樣的空載損耗和負(fù)載損耗，從節(jié)能降損來講并不占優(yōu)勢(shì)。從采購(gòu)成本來看，同容量的高過載的報(bào)價(jià)比常規(guī)高20%~40%。以調(diào)研當(dāng)前采購(gòu)情況為例：

表4 S20型常規(guī)配變和高過載配變采購(gòu)成本

2.3 有載調(diào)容變壓器

有載調(diào)容變壓器由變壓器本體、有載調(diào)容開關(guān)、控制系統(tǒng)和采集單元組成。有載調(diào)容變壓器的工作原理是通過采集配變實(shí)時(shí)負(fù)荷信息，利用控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和判斷，在不斷電的狀態(tài)下，控制有載調(diào)容開關(guān)，改變分接繞組抽頭位置及繞組聯(lián)結(jié)方式，從而降低變壓器的損耗。其經(jīng)濟(jì)性僅僅體現(xiàn)在小容量運(yùn)行時(shí)[11]，調(diào)容變和普通變壓器的損耗曲線對(duì)比如圖5所示。

圖5 調(diào)容變和普通變壓器的損耗曲線對(duì)比

從投資經(jīng)濟(jì)性分析，有載調(diào)容變的報(bào)價(jià)比同等容量的常規(guī)配變高約55%~60%，以一臺(tái)400 kVA的有載調(diào)容變SZ13-M-2T-400（125）/10和一臺(tái)常規(guī)S13型400 kVA對(duì)比。有載調(diào)容在小容量運(yùn)行時(shí)方可顯示出其節(jié)能的效能，如果在大容量運(yùn)行下其損耗與常規(guī)配變相差無幾。假設(shè)以每年3個(gè)月大容量、9個(gè)月小容量運(yùn)行，其每年節(jié)約的電能為3420 kWh，折合電費(fèi)1368元，與多投入的投資成本2.5萬(wàn)元相比，需要近20年才能收回成本，基本涵蓋了配變的全壽命周期，再加上有載調(diào)容的組件較多，運(yùn)維技術(shù)要求高，勢(shì)必會(huì)帶來故障率偏高的情況。假設(shè)的情況還未考慮每天的負(fù)荷變化波動(dòng)情況，如果負(fù)荷波動(dòng)頻繁，如圖5所示，在小負(fù)荷是最佳運(yùn)行區(qū)內(nèi)，一旦負(fù)荷超過切換點(diǎn)而未切換，則會(huì)造成負(fù)載損耗大幅增加。

表5 S13常規(guī)配變與有載調(diào)容配變損耗成本對(duì)比

3 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了重過載對(duì)變壓器的溫升和輸出電壓的影響，分析了治理重過載的不同方法。

1）重過載會(huì)帶來溫升升高，以油箱外殼為參考，運(yùn)維時(shí)盡量保證油箱外殼溫度不超過85℃為安全限值；

2）重過載會(huì)帶來配變低壓側(cè)的輸出電壓降低，伴隨著低電壓臺(tái)區(qū)現(xiàn)象。當(dāng)達(dá)到2倍過載時(shí)，其幅值會(huì)下降約5%，但重過載不會(huì)引起電壓波形的畸變；

3）配變過載時(shí)會(huì)帶來負(fù)載損耗的快速增加，通過節(jié)能和投資成本分析，解決重過載臺(tái)區(qū)的最經(jīng)濟(jì)、最徹底的辦法依然是擴(kuò)容或增加臺(tái)區(qū)布點(diǎn)，即從根本上減少變壓器的負(fù)荷率、降低溫升，也就最大程度地保障了變壓器運(yùn)行的可靠性。