可行性研究报告范文网【配电变压器经济运行分析系统可行性研究报告】

　　摘要：配电变压器是电力系统末端配电用的变压器分布面非常广泛，配电变压器总的数量和容量都很大。另外配电变压器具有容量小、负载波动大、长时间处于轻载和空载运行的特点，因此其损耗也很大。据有关统计配电变压器的电能损耗占全部电网损耗的40％左右。所以开展配电变压器经济运行节电潜力巨大。
　　关键词：变压器；经济运行分析；系统
　　中图分类号：TM41文献标识码：A
　　实际网络中变压器的供电负荷多为一随机变量。变压器的实际负载系数仅具有“瞬时”的概念,它随着负荷的变动而变化。所以,对于大量存在变动负荷的变压器,其考核指标应是在一定时间段内是否处在经济运行。近年来,配变容量的选择方法是供、用电部门和科研单位探讨的课题之一。其选择的方法主要有功率运行损耗最小原则、经济负荷法、年运行费用最低等方法。这些方法各有优缺点,有的与供电部门坚持节约能源的原则相悖,有的与用电部门的实际利益相矛盾。因此,合理地选择变压器的容量,既满足节能要求,又能在经济区域内运行。
　　本项目主要解决配电变压器经济运行方式的优化、负荷调整的优化、配变运行电压分接头的优化和配电变压器容量选择的优化问题，在保证安全生产的前提下综合各种节电方法使配电变压器在合理的经济区域内运行。根据现场实际情况提出一套切实可行的经济运行操作方案。以神经元网络方法进行负荷预测，根据负荷预测趋势采用两段时域法进行变压器经济运行的各种优化，采用区域上限法选择配变容量，并以图形的方式直观的给出各种条件下的变压器经济运行方案以及运行曲线和参数报表。
　　1 国内外现状及发展趋势
　　变压器经济运行的基础理论最初是由德国的魏德曼教授在1920年提出的,1934年前苏联彼德洛夫教授在《变压器》一书中仅给出了变压器经济运行的两个领域。而在我国,自70年代以来,教授级高工胡景生逐渐给出了一整套较完整的动态计算公式,在定量计算上取得了突破,开拓了变压器经济运行的新领域。该理论用其科学性扭转了某些误把浪费当节约的传统观念和习惯作法,用其实用性挖掘了降低变压器损耗的节电潜力。变压器经济运行的理论,通过科学计算,用准确的量值,判别变压器技术特性的优劣,从而使技术特性优的运行,劣的备用;用定量计算对变压器并列运行方式进行优化;用定量计算对变压器分别运行进行优化;用定量计算提高负荷率、削峰填谷达到节电效果……该理论发展了前人的理论最突出的一点就是给出了一系列动态计算公式。变压器经济运行理论不仅注意有功电量的节约,而且注意无功电量的节约。由于变压器是强感性电气设备,因此变压器经济运行的无功节电潜力远大于有功。更重要的是该理论开拓了变压器综合功率经济运行新领域。
　　变压器经济运行的理论基础已非常成熟，实行变压器经济运行的节电效果也是非常明显的，但在供电系统内应用不多，主要是由于不同的计算方法与各部门的实际利益相矛盾，因此实施的积极性不高。但近年随着各种节电技术的迅猛发展，大家对变压器的经济运行逐渐重视起来，特别是数量和容量最大的配电变压器的经济运行。
　　2 技术关键分析
　　变压器之所以可以经济运行,是由于存在以下原因。
　　2.1 变压器之间技术参数存在差异。每台变压器都存在空载损耗、短路损耗、空载励磁功率和额定负载漏磁功率四个参数。由于变压器的容量、电压等级、铁芯、绕组材质、设计和制造工艺等的不同,使变压器的四个技术参数存在大的差异,即使是同一生产厂家、同一时期生产的相同容量、相同电压等级、相同材质的变压器,其四个参数也不会完全相同。正由于变压器技术参数存在差异,在供相同负载的条件下,必然存在有的变压器损耗大,有的变压器损耗小的情况,损耗小的变压器就为优,损耗大的变压器就为劣。因此,单台运行的变压器,就存在着选择技术特性优的变压器经济运行方式。而变压器并列运行相当于一台组合式变压器,由于变压器技术参数的不同,不同组合的并列运行变压器的技术参数也存在差异。因此变压器并列运行方式间组合技术特性就存在优劣之别。在多种可供选择的运行方式中,从中选择损耗最小的运行方式就是经济运行方式。多台变压器分列运行时,由于变压器技术特性存在差异,就可按照变压器的技术特性调整负载分配来实现经济运行。
　　2.2 变压器的功率损耗和损耗率的负载特性曲线存在着非线性特性。在某一时间段内(例如1年、1月等),由于负载曲线波动,导致变压器总的电量损耗不同,因此提高负荷率就可以降低变压器损耗,实现变压器经济运行。由于变压器功率损耗负载曲线的非线性变化特性,决定着该时间段内变压器的负荷削峰填谷就可以降低变压器损耗,实现变压器经济运行。由于变压器损耗率负载曲线的非线性变化,变压器存在着损耗率最低(效率最高)的负载系数,称为经济负载系数;同时也存在着损失率较低(效率最高)的负载运行区间,称为经济运行区。因此调整负载就可使变压器运行在经济区间。
　　3 技术方案
　　3.1 体系结构
　　整个系统分为八大模块:负荷预测模块、经济运行方式优化模块、配电变压器容量选择模块、负荷调整优化模块、配变运行电压分接头优化模块、单体变压器经济负载系数及经济运行区计算模块、数据维护模块和报表曲线分析模块。
　　3.2 负荷预测模块
　　每日实际负荷曲线可能要穿越最佳运行转折点多次,由于安全及设备寿命等原因,不允许每次都切换变压器选择经济运行状态。因此,如何预测当日负荷曲线以确定最佳的控制时段参数TA、TB,成为能否进行最优经济运行控制的关键。采用神经元网络法进行负荷预测和确定高峰低谷控制时段。选择七组不同时间负荷数据,它们分别为:(1)上周当日该时刻负荷值;(2)上周当日该时刻前一小时负荷值;(3)上周当日该时刻后一小时负荷值;(4)上日该时刻负荷值;(5)上日该时刻前一小时负荷值;(6)上日该时刻后一小时负荷值;(7)上日全天负荷平均值。每组数据144个,即每隔十分钟一个测点。由于采集样本的数据矩阵不断刷新,使得网络中各个神经元的权重和阈值每天更新一次。
　　3.3 电变压器容量选择模块
　　根据配变供电半径、变压器和线路投资折旧、电能损耗、运行维护管理费用、负荷发展、经济负荷系统以及电压允许要求等按年费用较小的准则计算配变容量的选择方案。
　　3.4 经济运行方式优化模块
　　在负荷预测的基础上，在变压器不同运行方式下（并列运行和分列运行）计算其经济运行方案，对双绕组和三侧绕组变压器分别计算。
　　3.5 负荷调整优化模块
　　在负荷预测的基础上，计算变压器提高负荷率和消峰填谷方案以及各台变压器间负荷经济分配方案。对双绕组和三侧绕组变压器分别计算。
　　3.6 变运行电压分接头优化模块
　　根据实际运行电压和工况负载，用定量计算式计算出损耗最小的电压分接头运行方案。在负荷预测的基础上，自动选择最优方案。
　　3.7 单体变压器经济负载系数及经济运行区计算模块
　　根据变压器各参数计算其有功损耗、无功损耗及有功无功综合损耗，以此确定其经济负载系数和经济运行区。
　　3.7.1 配电变压器经济负荷系数
　　配电变压器经济负荷系数变压器所带实际负荷(P)与额定功率(Pe)之比称为变压器的负荷系数(β)。不同负荷时功率因数近似不变,则有:
　　P=P/Pe=S/Se
　　Pe=SeCOSφ
　　式中 Se─变压器的额定容量,kVA;
　　COSφ─变压器的功率因数。
　　变压器的损耗(△P)包括铁芯损耗(Pfe)和绕组的铜损耗(Pcu)。铁损可认为不随负荷变化的空载损耗(P。),铜损与负荷电流(或负荷系数)的平方成正比,即:
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　　β即为效率最高或者就是损耗最小的负荷系数,称为“最佳负载系数”,用β0表示。根据数据可计算出SL7系列低损耗节能配电变压器的β0为0.4,此时,尚有60%容量末被利用。初投资大,是浪费。经济合理的负荷系数应考虑综合效益,即年费用最低。考虑损耗又考虑初投资最出的负荷系数为βn,年电能损耗费用为1-βn,增加的初投资与认可的电能损耗相等时,可认为是最经济合理的。即:
　　(△Pn-△P。)・τ・K=(1-βn)・Ζ・α (4)
　　式中:△Pn─负载系数为βn时的有功损耗,kW;
　　△Po-负载系数为βo时的有功损耗,kW;
　　τ─年电能损失小时数,时;
　　K─电价,元/kW.h;Z─变压器的初投资,元;
　　α─变压器的综合年费用系数,包括折旧系数、大修和投资效益系数。
　　只有综合考虑投资和损耗等因素所得到的负荷系数才是经济合理的。
　　4 负荷预测模块
　　每日实际负荷曲线可能要穿越最佳运行转折点多次,由于安全及设备寿命等原因,不允许每次都切换变压器选择经济运行状态。因此,如何预测当日负荷曲线以确定最佳的控制时段参数TA、TB,成为能否进行最优经济运行控制的关键。采用神经元网络法进行负荷预测和确定高峰低谷控制时段。选择七组不同时间负荷数据,它们分别为:(1)上周当日该时刻负荷值;(2)上周当日该时刻前一小时负荷值;(3)上周当日该时刻后一小时负荷值;(4)上日该时刻负荷值;(5)上日该时刻前一小时负荷值;(6)上日该时刻后一小时负荷值;(7)上日全天负荷平均值。每组数据144个,即每隔十分钟一个测点。由于采集样本的数据矩阵不断刷新,使得网络中各个神经元的权重和阈值每天更新一次。
　　5 配电变压器容量选择模块
　　根据配变供电半径、变压器和线路投资折旧、电能损耗、运行维护管理费用、负荷发展、经济负荷系统以及电压允许要求等按年费用较小的准则计算配变容量的选择方案。随着负荷密度的不同，所选配电变压器容量也不同，配电变压器容量应取相对的经济合理的容量。根据负荷密度选择接近或稍小于经济负荷系数为优。
　　6 经济运行方式优化模块
　　在负荷预测的基础上，在变压器不同运行方式下（并列运行和分列运行）计算其经济运行方案，1）S7系列的变压器带额定负荷的50%～60%时效率最高,损失率最小。2)根据负荷损耗曲线看出,当SS1时高电压运行,SS3时应并列运行,SS″时,两台主变并列运行。
　　7 负荷调整优化模块
　　在负荷预测的基础上，计算变压器提高负荷率和消峰填谷方案以及各台变压器间负荷经济分配方案。对双绕组和三侧绕组变压器分别计算。
　　8 变运行电压分接头优化模块
　　根据实际运行电压和工况负载，用定量计算式计算出损耗最小的电压分接头运行方案。在负荷预测的基础上，自动选择最优方案。
　　9 单体变压器经济负载系数及经济运行区计算模块
　　根据变压器各参数计算其有功损耗、无功损耗及有功无功综合损耗，以此确定其经济负载系数和经济运行区。
　　10 数据维护模块和报表曲线分析模块
　　数据维护模块包括变电站模型（各参数、接线图等）、计算公式、基础数据的维护。
　　报表曲线分析模块包括各种报表（参数报表、各种方案报表等）和曲线（各种运行曲线、比较曲线等）以及不同计算方法（功率运行最小原则法、经济负荷法、年运行费用最低法等）下经济运行分析。
　　11 经济效益预测
　　11.1 直接经济效益：
　　节电：保守预测可节约电量1%-2%，如果配置合理可达到5%。
　　降低年运行费用。
　　配电变压器的数量和容量都很大，损耗也是各级电网变压器中最大的一块，因此节电潜力非常大。实行变压器经济运行可在2-3年内即可收回投资，并为以后的电网改造和建设提供了强有力的节电基础和手段。
　　11.2 间接经济效益和社会效益（包括对电网安全生产、经济运营、现代化管理和保障社会供电等方面）：
　　控制变压器在合理的经济区间内运行，可以延长变压器寿命、降低变压器故障几率。变压器经济运行还能提高功率因数，提高电能质量。因此从长远角度看实行变压器经济运行对电网的安全生产和保障社会供电上都具有深远的意义。
　　12 拟采取的研究方法和技术路线
　　按三层逐步实施：将变压器经济运行方式的优化,即全系统的优化放在第一位,变压器向调整负荷的优化,即分系统的优化放在第二位,而将变压器经济负载系数与经济运行区,即变压器的单体优化放在第三位。
　　首先对配电变电站的整体负荷情况、发展趋势、供电半径进行预测，以此为前提综合考虑各种变压器性能、价格、建设投资、运行费用和线路建设投资定量计算配变的容量选择及各经济运行方式（并列、分列或一开一备）的优化。然后对每日负荷进行实时预测，依据现有的设备参数、运行方式给出变压器投切方案和负荷调整方案。最后计算单体变压器的经济负载系数和经济运行区，保证变压器在合理的负载系数下和经济运行区间内运行，并给出变压器运行电压分接头经济位置方案，达到降低有功和无功损耗、提高功率因数、延长变压器运行寿命的目的。
　　参考文献
　　[1]郭晓文.变压器的运行维护与检修[J].科技信息，2010-10-25.
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