山区小水电站主变台数的选择与经济运行研究-中国期刊网

首页 > 《中国电业》 > 2020年02期 > 山区小水电站主变台数的选择与经济运行研究

（整期优先）网络出版时间：2020-05-13

作者: 赵岳争郑婉君

经济管理 >产业经济

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山区小水电站主变台数的选择与经济运行研究

赵岳争 1 郑婉君 2

1. 文成县靛青山水力发电厂浙江省温州市 325000 2. 文成县兴源电力有限公司浙江省温州市 325000

摘要：小水电站一般建设在偏远的山区，为远离电网供电的分散住户提供电能，在小水电站运行中节省运行成本，提升工作可靠性十分重要。本文通过对比山区小水电站主变台数的选择方案，分析山区小水电站经济运行模式，选择科学的电站主变台数，进而有效节约电能损耗量，降低电站运行成本，实现其经济运行。

关键词：山区小水电站；主变台数；变压器

前言：当前，用电量的提升，增加了发电站数量，而山区小水电站主要将水能转变为电能为偏远地区住户提供丰富的电力资源。因此，有必要重视山区小水电站主变台数的选择方式及经济运行管理模式，提升小水电站的运行效率，突出水电站发电的可靠性、安全性，保证水电站的平稳运行，从而收获经济效益和社会效益。

一、山区小水电站主变台数的选择方案比较

水电站中电气主接线是重要部分，涉及到电站的建设、维护、运行、投资等环节，而电气主接线和装机台数、变压器台数息息相关。当装机台数是1-2时，最好使用1台主变；若装机超过4台，则一般使用2台主变；装机是3台时，可以选择2台主变，以下围绕几方面对选择1台主变和2台主变进行分析：

（一）供电可靠性分析

电站供电可靠性一般和用户、系统要求相关，并关系到输电回路数量。由于水电站种类较多，例如：以发电为主要功能的水库电站、径流无调节电站、以灌溉为主的水库电站等，对于可靠性的要求差异性较大。由于山区小水电站和负荷中心的距离较远，主要通过一回线路进行系统连接，因此针对具有3台装机的电站，主变台数建议为1。同时，由于变压器故障率较低，具备温度保护、电气保护、瓦斯保护等功能，在故障的前提下不会使变压器造成损坏。此外，架空线路相较于主变故障率要高，山区小水电站仅靠一回线路与系统线进行连接时，主变台数与故障率无直接关系。

（二）方案设备比较

以一次性投资水电站为例，选择1台主变相较于2台主变的经济性较强。在比较两种方案的接线方式中可以得出，1台主变和2台主变相比，能够节省3组35kV的隔离开关、2台35kV的多油断路器、2台高压开关柜^[1]。同时，在继电保护层面，当采取1台主变时，在接线保护时可以采取线变保护组，进而节省了二面保护屏。由于2台主变相较于1台主变造价较高，一次性投资差距大约为3万元。

（三）主变运行年费

两种主变台数方案的年运行费用具有差异性，费用内容包含维修、检修、电能损耗价值、折旧费等。计算公式如下：C=aΔA+C₁+C₂(单位元）。在该式子中，a是电能损失的计算系数，一般可以设为0.09元/(kW·h)；C₁是检修维护费，取值是0.01-0.06；ΔA是电能损失，单位是kW·h；C₂是折旧费，单位是元，经过计算发现，采取1台主变方案相较于2台的主变运行年费要低。

（四）电能损耗分析

1台主变接线比2台主变接线的损耗电量要小，由于两种方案中的空载损耗具有差异性。枯水期时，2台主变方案中会取消1台主变接线，使空载损耗低于1台主变方案。不过在丰水期2台主变的短路损耗（额定铜损）会高于1台主变的额定损耗，同时铜损和负荷量成正比，因此1台主变方案铜损低于2台主变方案。其中，主变电的损失计算公式为：ΔA=[P₀+kP_K(S/S_e)²]t(kW·h)，在该式子中，P_K是变压器的短路损耗、P₀是变压器的空载损耗、S是实际变压器通过的负荷、k是均方根系数，数值一般取1.05-1.1、S_e是变压器的额定容量、t是变压器运行时间^[2]。对于电能损失的估算方式较多，可以通过水能的每月平均流量对负荷进行计算，从公式中得出对于3台装机，使用1台主变的电能损失较小。

（五）主变检修比较

以径流式电站为例，其枯水期会由于水流的变化幅度较大，使主变的开机和停机次数增加。当采取2台主变方案时，为了节省损耗，会增加主变切换次数，需要使运行机组和系统进行解列操作，实现系统与机组的并网带荷，进而完成主变切换。这种形式较为复杂，容易产生失误，可行性较低。而采用1台主变台数，由于其运行、操作过程十分简单，出现失误的可能性降低。虽然检修和故障中1台主变停电损失较大，但综合分析两种接线方式耗电量相同，原因如下：其一，主变的故障率较低，大约是0.1，因此采取1台主变方案和2台主变方案，其停电损失差额较小。其二，由于主变检修工作包含小修和大修两种，其中小修一年一次，时长是1-2天；大修则是在变压器运行后，5年内开展一次，而后10年再进行一次，时长是8-15天，一般在枯水期开展工作，原因是此阶段径流量较低，停电损失少。因此，对于3台以下装机电站，若系统无特殊情况，采取1台主变的方案相较于2台在技术和经济层面具有优势。

二、山区小水电站经济运行分析

（一）电能损耗分析

山区小水电站中由于可靠性需求，会安装2台主变压器，且一大一小，会涉及到经济运行方面的问题，需要分析其电能损失情况。变压器损耗包含铜损、铁损，公式如下：ΔP=P₀+kP_K( )²(kW)。在设计和制造变压器时，空载损耗大约是1/6，低于短路损耗。从上述式子能够得出，主变损耗和经过变压器的负荷密切相关。因此可以借助该公式计算2台变压器在经济运行中的临界负荷：若小变压器额定容量是S₁,铜损是P_K1,空载损耗是P₀₁，则总损耗值是ΔP₁=P₀₁+kP_K1( )²；若变压器额定容量是S₂,铜损是P_K2,空载损耗是P₀₂，则总损耗值是ΔP₂=P₀₂+kP_K2( )²。由上述两个式子可以得出ΔP_C=ΔP₁-ΔP₂=P₀₁-P₀₂+kS²(P_K1/ -P_K2/ )，当负荷是S时，ΔP_C大于0,说明S₁损耗相较于S₂损耗要高；当ΔP_C小于0，则S₁损耗比S₂损耗要低；当ΔP_C等于0，则变压器损耗相同，因此采取经济运行方式可以节省电能和资金。

（二）对变压器和发电机的经济运行分析

变压器的使用寿命和设备绝缘老化问题相关，而一般老化速度的变化取决于运动绕组温度值，当温度较低，绝缘老化速度变慢；若温度较高，绝缘老化速度变快。同时，运动绕组温度与通过电流值有关，当电流大小趋近于额定值时，温度较高。因此，在经济运行模式下，绕组通过电流相较于额定值要小，温度上升速度较慢，可以增加变压器的使用寿命，从而节省资金浪费。

变压器电压损失值会对发电机端电压值产生影响，枯水期山区小水电站系统中电压较低，若电站距离电网较远，则需要提升发电机端电压，因此减少变压器的电压损失对于发电机运行安全性和电能质量十分重要。变压器电压损失计算公式如下：X_B= ×10²；R_B= ×10³；ΔV_B=PR_B+ 。其中，V_k是阻抗电压，单位V；P_k是短路消耗，单位kW；X_B是绕组电抗，单位是Ω；R_B是绕组电阻，单位是Ω；S_e是额定容量，单位kVA；V_e是额定电压，单位V；Q是通过变压器的无功负荷，单位kvar；P是通过变压器的有功负荷，单位kVA；ΔV_B是电压损失，单位V。一般情况下，山区小水电站的变压器阻抗电压和短路消耗电压值接近，经过上述公式分析，当变压器的负荷小于等于小变压器容量时，大变压器的电压损失会略低于小变压器电压损失。此外，临界负荷较小，变压器额定容量较低，因此经济运行模式对于发电机和变压器安全性意义重大，同时可以提升电能品质。