CN104166947A - 一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，包括步骤1：依据台区的负荷特性指标初步确定备选配电变压器的类型和容量；步骤2：计算每种类型配电变压器的全寿命周期成本；步骤3：校验采用全寿命周期成本最小的配电变压器后的台区年平均负载率和户均最大负荷值，从而确定高过载能力配电变压器应用边界条件。与现有技术相比，本发明提供的一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，通过全寿命周期成本确定各类变压器的适用边界条件，可以有效提高配电变压器运行的经济性和安全性。

Description

一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法

技术领域

本发明涉及一种配电变压器应用边界条件的确定方法，具体涉及一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法。

背景技术

电网用电不平衡会严重影响配电变压器的负载运行状态，当配电变压器长期处于轻载运行，短期处于高负载甚至过载运行时，极易导致电网电力设备损坏或烧毁，对电力供电带来严峻考验。

若将具有上述负荷特征台区的配电变压器更换为1.5倍或2.0倍额定容量的配电变压器，则存在投资大、配电变压器年均利用率低、运行费用高等问题，造成大量能源和资金浪费。高过载能力配电变压器作为一种能够承受一定时间内过载运行的变压器，当负荷较小变压器轻载运行时变压器损耗与同容量常规配电变压器的损耗基本相同；当短时负荷较大变压器过载运行时，变压器可以可靠运行，且不影响变压器寿命周期。目前高过载配电变压器尚处于验证应用阶段，若按照常规配电变压器的选型方式，主要存在下述问题：

①：与同容量常规配电变压器相比高过载配电变压器制造成本较高，经济性较差；

②：在过载运行情况下，高过载能力配电变压器的负载损耗远大于1.5倍同容量常规配电变压器，且长期过载运行会引起设备绝缘老化，影响使用寿命，甚至发生烧毁等问题。

因此，需要提供一种能够有效克服的高过载能力配电变压器因负荷特性差异影响器安全性，以及因选用标准单一造成高过载能力配电变压器长期重载运行的应用边界条件确定方法。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，所述边界条件为台区的负荷特性指标；所述负荷特性指标包括新增台区的负荷特性指标IN_a和改造台区的负荷特性指标IN_t；所述方法包括下述步骤：

步骤1：依据所述负荷特性指标确定备选配电变压器的类型和容量；

步骤2：计算每种类型配电变压器的全寿命周期成本；

步骤3：校验采用全寿命周期成本最小的配电变压器后的台区年平均负载率和户均最大负荷值，从而确定所述高过载能力配电变压器应用边界条件。

优选的，所述负荷特性指标包括：

台区年平均负荷率 $\mathrm{\β}=\frac{W}{8760P_{\max }}\×100\%;$

最大负荷年平均增长率

负荷分区及时间占比

其中，P_max为年最大负荷，P_N为第N年最大负荷，P_M为第M年最大负荷，T_eload为负荷值eload一年内出现的时间，T为全年时间；

优选的，所述配电变压器的类型包括常规配电变压器、高过载能力配电变压器、1.5倍额定容量常规配电变压器和有载调容配电变压器；

依据所述负荷特性指标初步确定备选配电变压器包括：

设定配电变压器运行目标年，用最大负荷年平均增长率α判断配电变压器过载能力是否大于目标年内的最大负荷，用台区年平均负荷率β判断配电变压器的运行损耗，从而得到备选配电变压器的类型和容量；

优选的，改造台区的改造方法包括增加一台配电变压器和替换所述台区的配电变压器；

若增加一台配电变压器，则依据负荷分配原则确定所述配电变压器的类型和容量；所述负荷分配原则为新增配电变压器的容量不大于原有配电变压器的容量，正常运行时两台配电变压器平均承担台区负荷，非正常运行时新增配电变压器承担台区最大负荷；

若替换所述配电变压器，则依据所述负荷特性指标确所述配电变压器的类型和容量；

优选的，所述步骤2中全寿命周期成本LCC的计算公式为：LCC＝IC+OC+FC+DC；

其中，所述IC为采购成本，所述OC为运行成本，所述FC为中断供电损失成本，所述DC为报废成本；

优选的，所述运行成本的计算公式为：OC＝W_Z×U；其中，所述 $W_Z=\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}[P_0+1.05{\mathrm{\η}}_i^2{P}_k+0.1(Q_0+1.05{\mathrm{\η}}_i^2{Q}_k)]T_i$ 为年损耗电量，U为电量单价；

P₀为配电变压器空载损耗，η_i为第i段的负载率，T_i为负载率为β_i时持续的时间，Q₀为空载无功损耗，Q_k为负载无功损耗，n为运行年限；

优选的，所述步骤3中校验所述配电变压器包括：

步骤3-1：计算采用所述配电变压器后台区的初始年平均负载率所述W为台区年用电量，所述S为配电变压器额定容量；

步骤3-2：分别对所述初始年平均负载率η和户均最大负荷值进行校验，校验条件为：

初始年平均负载率η＜0.5；

户均最大负荷其中，N为所述台区的用户个数，P_th为所述台区的户均最大负荷阈值。

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明技术方案中，采用负荷特性指标能够准确描述台区的负荷特性，为台区配电变压器的类型和容量最优化选择奠定了基础；

2、本发明技术方案中，针对新增台区和改造台区分别提出不同的配电变压器配置方案选取方法，以全寿命周期成本最小为优化目标，年平均负载率和户均最大负荷为约束条件，通过优化计算最终给出高过载能力配电变压器的适用范围和应用边界条件，为电网高过载能力配电变压器的选用提供依据；

3、本发明提供的一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，适用于短时集中用电负荷特性，具有良好的技术经济效益，保障电网稳定可靠的供电。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1是：本发明实施例中一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法流程图；

图2是：本发明实施例中台区用电结构分类图；

图3是：本发明实施例中台区全寿命周期成本分类图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明公开的高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，依据台区的负荷特性指标作为配电变压器选型依据，通过全寿命周期成本分析选择最优的配电变压器配置方案，最后采用台区年平均负载率和户均最大负荷值进行校验，判断所选的配电变压器是否合理，若满足校验条件则应用边界条件即为-台区的负荷特性指标。

一、依据台区用电结构、用电量信息和历史最大负荷计算台区的负荷特性指标，包括年平均负荷率β、年最大负荷增长率α和年最大负荷P_max；

1、如图2所示本实施例中，依据农网台区不同用电对象的用电量占比，确定台区用电结构包括“以居民生活用电为主”、“生活用电与家庭小作坊并存”和“家庭小作坊用电占较大比重”三种负荷类型；其中“以居民生活用电为主”和“生活用电与家庭小作坊并存”的台区短时用电特性较为突出；用电类型包括农村居民生活用电、农业生产用电、小加工业用电和商业用电；三种不同负荷类型的年平均负荷率和非居民用电的占比推荐值如下表所示。

负荷类型	年平均负荷率％	非居民生活用电占比％
			以居民生活用电为主	<25	<10
生活用电与家庭小作坊并存	>25	<40
			家庭小作坊用电占较大比重	受小作坊作业影响较大	>30

2、用电量信息包括台区的月用电量、年用电量和三相不平衡度；

3、采用台区的历史数据计算负荷特性指标：

①：台区年平均负荷率 $\mathrm{\β}=\frac{W}{8760P_{\max }}\×100\%;$

②：最大负荷年平均增长率其中，P_max为年最大负荷，P_N为第N年最大负荷，P_M为第M年最大负荷；

③：负荷分区及时间占比其中，T_eload为负荷值eload一年内出现的时间，T为全年时间；通过负荷分区及时间占比DC可计算配电变压器的运行损耗值。

其中，P_max为年最大负荷，P_N为第N年最大负荷，P_M为第M年最大负荷，。

④：年最大负荷P_max为全年三个最大负荷值的算术平均值；

二、本实施例中配电变压器的类型包括常规配电变压器、高过载能力配电变压器、1.5赔额定容量常规配电变压器和有载调容配电变压器；

1、常规配电变压器；本实施例中的常规配电变压器指的是与选用的高过载能力配电变压器的容量相同，且采用的是硅钢和非晶合金的配电变压器；

2、高过载能力配电变压器；

3、1.5倍额定容量常规配电变压器；本实施例中1.5倍额定容量常规配电变压器指的是容量为选用的高过载能力配电变压器额定容量1.5倍的，且采用的是硅钢和非晶合金的配电变压器。

三、如图3所示全寿命周期成本包括采购成本、运行成本、维护成本和运行年限；

1、采购成本，指的是配电变压器的一次采购成本，通过配电变压器的额定容量、类型确定；

2、运行成本，通过技术指标和损耗指标确定；

①：技术指标，为配电变压器的负荷运行能力，如100kVA高过载能力配电变压器与200kVA常规配电变压器的过载能力指标基本相同；

②：损耗指标，包括配电变压器的空载损耗P₀、负载损耗P_k和空载电流等参数；

瞬时综合功率损耗的计算公式为：

P_Z＝P₀+1.05β²P_k+0.1(Q₀+1.05β²Q_k)

(1)

年综合功率损耗的计算公式为：

$\begin{array}{c}{W}_Z=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}[P_0+1.05{{\mathrm{\η}}_i}^2{P}_k+0.1(Q_0+1.05{{\mathrm{\η}}_i}^2{Q}_k)]T_i\\ ---\left(2\right)\end{array}$

其中，η_i为第i段的负载率，T_i为负载率为β_i时持续的时间，Q₀为空载无功损耗，Q_k为负载无功损耗；

当台区配电变压器选用高过载能力配电变压器时，需要满足：

β≤B

(3)

其中，B为年平均负荷率阈值；

③：运行年限为配电变压器的规划使用时间；

④：适用年限；

高过载能力配电变压器：从初始投运直至台区最大负荷达到2.0倍配电变压器额定负荷时的时间；

常规配电变压器：从初始投运直至台区最大负荷达到1.2倍配电变压器额定负荷的时间；

⑤：全寿命周期成本的计算公式为：

LCC＝IC+OC+FC+DC

(4)

其中，IC为采购成本，FC为中断供电损失成本，DC为报废成本；OC＝W_Z×U为运行成本；

$W_Z=\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}[P_0+1.05{\mathrm{\β}}_i^2{P}_k+0.1(Q_0+1.05{\mathrm{\β}}_i^2{Q}_k)]T_i$ 为年损耗电量，U为电量单价；P₀为配电变压器空载损耗，β_i为第i段的负载率，T_i为负载率为β_i时持续的时间，Q₀为空载无功损耗，Q_k为负载无功损耗，n为运行年限。

四、本实施例中高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法的具体工作步骤如图1所示包括：

(一)新建台区：

步骤1：获取新建台区的负荷特性指标IN_a，并依据负荷特性指标IN_a确定配电变压器的类型和容量；基于四种配电变压器确定新建台区的配电变压器的配置方案包括：

A1、常规配电变压器；

B1、高过载能力配电变压器；

C1、1.5赔额定容量常规配电变压器；

D1、有载调容配电变压器。

依据负荷特性指标IN_a初步确定备选配电变压器包括：

设定配电变压器运行目标年，用最大负荷年平均增长率α判断配电变压器过载能力大于目标年内的最大负荷，用台区年平均负荷率β判断配电变压器的运行损耗，从而得到备选配电变压器的类型和容量。

步骤2：计算每种类型配电变压器的全寿命周期成本。

步骤3：校验采用全寿命周期成本最小的配电变压器后的台区年平均负载率和户均最大负荷值，从而确定高过载能力配电变压器应用边界条件；边界条件为台区的负荷特性指标；具体校验过程为：

①：计算采用该配电变压器配置方案后台区的初始年平均负载率所述W为台区年用电量，所述S为配电变压器额定容量；

②：分别对所述初始年平均负载率η和户均最大负荷值进行校验，校验条件为：

初始年平均负载率η＜0.5；

户均最大负荷其中，N为新建台区中用户的个数，P_th为新建台区的户均最大负荷阈值。

③：计算采用满足校验条件的高过载能力配电变压器后台区的负荷特性指标，即得到高过载能力配电变压器应用边界条件。

(二)改造台区；

步骤1：改造台区的配电变压器配置方案包括：

(1)新增一台配电变压器时的配置方案为：

A2、常规配电变压器；

B2、高过载能力配电变压器；

此时，依据负荷分配原则确定配电变压器的类型和容量；所述负荷分配原则为：新增配电变压器的容量不大于原有配电变压器容量，正常运行时两台配电变压器平均承担台区负荷，即1:1；非正常运行时新增配电变压器承担台区最大负荷。

(2)将台区中原配电变压器替换为另一台配电变压器时的配置方案为：

A3、常规配电变压器；

B3、高过载能力配电变压器；

C3、1.5赔额定容量常规配电变压器；

D3、有载调容配电变压器；

此时，依据被改造台区的历史数据获取负荷特性指标IN_t，并依据负荷特性指标INt确定配电变压器的类型和容量，确定方法与新建台区中的确定方法相同。

步骤2：计算每种类型配电变压器的全寿命周期成本；

步骤3：校验采用全寿命周期成本最小的配电变压器后的台区年平均负载率和户均最大负荷值，从而确定高过载能力配电变压器应用边界条件；边界条件为台区的负荷特性指标。校验方法与新建台区中采用的方法相同。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (7)

1.一种高过载能力配电变压器应用边界条件的确定方法，所述边界条件为台区的负荷特性指标；其特征在于，所述负荷特性指标包括新增台区的负荷特性指标IN_a和改造台区的负荷特性指标IN_t；所述方法包括下述步骤：

步骤1：依据所述负荷特性指标确定备选配电变压器的类型和容量；

步骤2：计算每种类型配电变压器的全寿命周期成本；

步骤3：校验采用全寿命周期成本最小的配电变压器后的台区年平均负载率和户均最大负荷值，从而确定所述高过载能力配电变压器应用边界条件。

2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述负荷特性指标包括：

台区年平均负荷率 $\mathrm{\β}=\frac{W}{8760P_{\max }}\×100\%;$

最大负荷年平均增长率

负荷分区及时间占比

其中，P_max为年最大负荷，P_N为第N年最大负荷，P_M为第M年最大负荷，T_eload为负荷值eload一年内出现的时间，T为全年时间。

3.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述配电变压器的类型包括常规配电变压器、高过载能力配电变压器、1.5倍额定容量常规配电变压器和有载调容配电变压器；

依据所述负荷特性指标初步确定备选配电变压器包括：

设定配电变压器运行目标年，用最大负荷年平均增长率α判断配电变压器过载能力是否大于目标年内的最大负荷，用台区年平均负荷率β判断配电变压器的运行损耗，从而得到备选配电变压器的类型和容量。

4.如权利要求1或3所述的确定方法，其特征在于，改造台区的改造方法包括增加一台配电变压器和替换所述台区的配电变压器；

若增加一台配电变压器，则依据负荷分配原则确定所述配电变压器的类型和容量；所述负荷分配原则为新增配电变压器的容量不大于原有配电变压器的容量，正常运行时两台配电变压器平均承担台区负荷，非正常运行时新增配电变压器承担台区最大负荷；

若替换所述配电变压器，则依据所述负荷特性指标确所述配电变压器的类型和容量。

5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤2中全寿命周期成本LCC的计算公式为：LCC＝IC+OC+FC+DC；

其中，所述IC为采购成本，所述OC为运行成本，所述FC为中断供电损失成本，所述DC为报废成本。

6.如权利要求5所述的确定方法，其特征在于，所述运行成本的计算公式为：OC＝W_Z×U；

其中，所述 $W_Z=\stackrel{n}{\mathrm{\Σ}}[P_0+1.05{\mathrm{\η}}_i^2{P}_k+0.1(Q_0+1.05{\mathrm{\η}}_i^2{Q}_k)]T_i$ 为年损耗电量，U为电量单价；

P₀为配电变压器空载损耗，η_i为第i段的负载率，T_i为负载率为β_i时持续的时间，Q₀为空载无功损耗，Q_k为负载无功损耗，n为运行年限。

7.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤3中校验所述配电变压器包括：

步骤3-1：计算采用所述配电变压器后台区的初始年平均负载率所述W为台区年用电量，所述S为配电变压器额定容量；

步骤3-2：分别对所述初始年平均负载率η和户均最大负荷值进行校验，校验条件为：初始年平均负载率η＜0.5；

户均最大负荷其中，N为所述台区的用户个数，P_th为所述台区的户均最大负荷阈值。