1、引言
電力系統(tǒng)為滿足社會(huì)用電量和供電安全可靠性的要求，在變電站建設(shè)、擴(kuò)建和變壓器增容等具體工作中，首要考慮的因素是根據(jù)變電站的供電負(fù)荷選擇變壓器的容量（1）和使用臺(tái)數(shù)；容量選擇過大，增加變壓器本身和相關(guān)設(shè)備購置和安裝、運(yùn)行維護(hù)的投入，造成資金浪費(fèi)；容量選擇過小，不能滿足供電的需求，使變壓器過載運(yùn)行，造成設(shè)備損壞，影響變電站對外安全可靠供電；而數(shù)量偏少不能滿足接線方式和供電可靠性的要求，影響檢修和缺少必要的備用；數(shù)量太多，增加配套設(shè)施投入，變電站布置困難，增加檢修維護(hù)工作量，變壓器容量和數(shù)量選擇得當(dāng)，不僅節(jié)約建設(shè)的一次性投資，而且能夠有利于變壓器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少運(yùn)行、維護(hù)的費(fèi)用；本文結(jié)合變壓器檢修運(yùn)行的相關(guān)規(guī)程制度，結(jié)合作者現(xiàn)場工作的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，提出變壓器容量和臺(tái)數(shù)選擇遵循的原則及其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的條件和要求，對不同的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)和安全性比較，分析變壓器容量和臺(tái)數(shù)選擇所要考慮的因素，對供電負(fù)荷和變壓器的容量、臺(tái)數(shù)確定進(jìn)行綜合的安全和效益分析。
2、電力變壓器容量、臺(tái)數(shù)選擇遵循的原則
變電站內(nèi)變壓器容量和臺(tái)數(shù)是影響電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、供電安全可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素（2），而容量大小和臺(tái)數(shù)多少的選擇往往取決于區(qū)域負(fù)荷的現(xiàn)狀和增長速度，取決于一次性建設(shè)投資的大小，取決于周圍上一級電網(wǎng)或電廠提供負(fù)載的能力，取決于與之相聯(lián)結(jié)的配電裝置技術(shù)和性能指標(biāo)，取決于負(fù)荷本身的性質(zhì)和對供電可靠性要求的高低，取決于變壓器單位容量造價(jià)、系統(tǒng)短路容量和運(yùn)輸安裝條件等等，近幾年隨著變壓器制造技術(shù)的不斷提高，變壓器自身質(zhì)量和安全運(yùn)行水平大幅度提高；變壓器空載損耗下降的幅度大，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的負(fù)載率得到不斷降低；又國家節(jié)能減排政策，鼓勵(lì)企業(yè)開展經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工作；建設(shè)、擴(kuò)建和變壓器增容的臺(tái)數(shù)和容量的選擇，國內(nèi)尚無明確具體的規(guī)定，也是隨技術(shù)水平提高不斷完善的一個(gè)系統(tǒng)工程，一般根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)和規(guī)劃者的觀點(diǎn)來進(jìn)行；結(jié)合相關(guān)規(guī)程制度，作者認(rèn)為一般都應(yīng)考慮如下因素：
?。?）變壓器額定容量應(yīng)能滿足供電區(qū)域內(nèi)用電負(fù)荷的需要，即滿足全部用電設(shè)備總計(jì)算負(fù)荷的需要，避免變壓器長期處于過負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行。新建變電站變壓器容量應(yīng)滿足5~10年規(guī)劃負(fù)荷的需要，防止不必要的擴(kuò)建和增容，也減少因?yàn)閿U(kuò)建增容造成的大面積和長時(shí)間停電；對較高可靠性供電要求的變電站一次投入兩臺(tái)變壓器，變壓器正常的負(fù)載率不大于50%為。
?。?）對于供電區(qū)域內(nèi)有重要用戶的變電站，應(yīng)考慮一臺(tái)變壓器在故障或停電檢修狀態(tài)下，其它變壓器在計(jì)及過負(fù)荷能力后的允許時(shí)間內(nèi)，保證用戶的一級和二級負(fù)荷，對一般負(fù)荷的變電站，任何一臺(tái)變壓器停運(yùn)，應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%~80%的電力供應(yīng)不受影響，城區(qū)變電站變壓器臺(tái)數(shù)和容量應(yīng)滿足N-1的要求。
（3）雖然大容量變壓器單位容量造價(jià)低，在高負(fù)荷密度供電區(qū)域建設(shè)大容量變電站能夠節(jié)省投資，容量越大，效果就越明顯；但為保證供電運(yùn)行方式靈活，應(yīng)考慮采用多臺(tái)變壓器，單臺(tái)變壓器容量的選擇不宜過大和過小，要預(yù)留負(fù)荷發(fā)展而擴(kuò)建的可能，實(shí)現(xiàn)變電站容量由小到大，變壓器的臺(tái)數(shù)由少到多；城區(qū)變電站3臺(tái)變壓器供電的運(yùn)行方式zui為靈活可靠。
（4）為保證變電站運(yùn)行方式靈活可靠，減少和方便備用容量儲(chǔ)備，便于與相聯(lián)結(jié)配電裝置的配合，便于檢修維護(hù)，達(dá)到變電站整體規(guī)范統(tǒng)一，選擇變壓器容量的種類應(yīng)盡量減少，一般不超過兩種，在此，建議對城市供電的一個(gè)變電站內(nèi)統(tǒng)一變壓器容量等級。
?。?）在一定容量范圍內(nèi)，容量增大變損降低，但節(jié)約的電費(fèi)可能難以補(bǔ)償投資費(fèi)用的增加，與之配套的開關(guān)等設(shè)備的開斷能力的要求大，所以變壓器容量的選擇要考慮變壓器及其配套裝置的一次性投資（3），執(zhí)行國家降損節(jié)能政策，必要時(shí)，要進(jìn)行經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式的計(jì)算。
?。?）由于供電企業(yè)要求城區(qū)供電滿足N-1的可靠性準(zhǔn)則，變壓器容量的選擇，除符合上述條件外，要考慮事故和檢修狀態(tài)下，減少供電引起的經(jīng)濟(jì)損失和對社會(huì)的影響，zui少應(yīng)滿足一臺(tái)變壓器停電后，部分負(fù)荷可以調(diào)至周圍變電站，而不影響對全部用戶的正常用電需求。
?。?）對供電企業(yè)變電站密集區(qū)，由于變電站之間存在聯(lián)絡(luò)供電線路，變電站之間可以拉手互供，變壓器的容量選擇可以適當(dāng)減小，正常條件下分區(qū)域各自供電，當(dāng)不能滿足供電輸出時(shí)，可以靠周邊的變電站通過聯(lián)絡(luò)線帶部分負(fù)荷，但zui終要考慮增加變電站布點(diǎn)或增加變壓器臺(tái)數(shù)來逐步滿足負(fù)荷供出的要求。
（8）對低壓側(cè)有發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)的變電站，變壓器容量也可以適當(dāng)減小，但容量選擇時(shí)要考慮：①滿足發(fā)電機(jī)組的額定容量在區(qū)域負(fù)荷zui小時(shí)，能夠通過變壓器向電力系統(tǒng)正常輸出，變壓器的容量必須大于機(jī)組發(fā)電容量；②變壓器和發(fā)電機(jī)組的額定容量之和大于該地區(qū)的zui大負(fù)荷；③發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，變壓器應(yīng)能保證全部負(fù)荷的70%~80%的電力供應(yīng)不受影響，并保證一級和二級負(fù)荷正常用電；④與上一級電網(wǎng)的設(shè)備參數(shù)配合得當(dāng)，滿足系統(tǒng)短路容量的要求。
3、電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行應(yīng)具備的條件和要求
電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在確保變壓器安全運(yùn)行和滿足對用戶供電質(zhì)量和可靠性的基礎(chǔ)上，充分利用變電站的設(shè)備條件，擇優(yōu)選取變壓器的運(yùn)行方式，降低變壓器本身的能量損耗，提高其電源側(cè)的功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)降損節(jié)能的目標(biāo)。供電負(fù)荷與變壓器容量和臺(tái)數(shù)的確定，關(guān)系到變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方式；實(shí)施變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與變電站內(nèi)變壓器的臺(tái)數(shù)、容量和變壓器自身性能和損耗參數(shù)密切相關(guān)，是建立在確保安全可靠供電前提下的一項(xiàng)綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)活動(dòng)，貫穿電力變壓器從設(shè)計(jì)選型、運(yùn)行檢修到退役的整個(gè)過程；在變電站建設(shè)、擴(kuò)建和變壓器增容時(shí)就要考慮其相關(guān)的因素和條件；實(shí)施變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就變壓器和變電站設(shè)備本身一般應(yīng)具備和滿足以下條件，在變壓器設(shè)計(jì)和選型時(shí)應(yīng)充分給予考慮。
?。?）新建變電站分期建設(shè)，考慮負(fù)荷的增長，首期只有一臺(tái)變壓器時(shí)，要結(jié)合zui終規(guī)模確定變壓器的容量，變壓器的負(fù)載率應(yīng)貼近*經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)域，一般在75%以下為*，若短期內(nèi)不進(jìn)行擴(kuò)建，變壓器不宜滿負(fù)荷運(yùn)行。
?。?）并列運(yùn)行的多臺(tái)變壓器應(yīng)滿足并聯(lián)條件，即聯(lián)結(jié)組別與相位關(guān)系相同；電壓和變壓比相同，允許偏差相同，調(diào)壓范圍內(nèi)的每級電壓相同；防止二次繞組之間因存在電動(dòng)勢差，產(chǎn)生循環(huán)電流，影響容量輸出和燒壞變壓器。短路阻抗相同，控制在10%的允許偏差范圍內(nèi)（1）；容量比在0.5~2之間；保證負(fù)荷分配均勻，防止短路阻抗和容量小的變壓器過載，而容量大和短路阻抗大的變壓器欠載，短路阻抗的大小必須滿足系統(tǒng)短路電流的要求，否則應(yīng)采取限制措施。
?。?）選用電力變壓器的技術(shù)參數(shù)，應(yīng)以變壓器整體的可靠性為基礎(chǔ)，綜合考慮技術(shù)參數(shù)的先進(jìn)性和合理性，兼顧對系統(tǒng)安全的影響，充分考慮變壓器自身固有的綜合損耗，在負(fù)載損耗基本相同時(shí)，盡量選用空載損耗小的變壓器，負(fù)載損耗滿足國標(biāo)《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》（4）。
?。?）電力變壓器在負(fù)載區(qū)域運(yùn)行時(shí)，其繞組、線夾、引線、絕緣油及絕緣部件的溫度不宜過高，在變壓器負(fù)載導(dǎo)則規(guī)定的溫度限值內(nèi)，避免高溫度下運(yùn)行，絕緣老化加快而縮短變壓器的壽命和引發(fā)損壞事故（3）。也要防止變壓器高溫度運(yùn)行，引起變壓器自身損耗過大，影響輸出效率，造成不必要的電能浪費(fèi)。
（5）在裝有備用變壓器的變電站，要選擇綜合功率損耗（應(yīng)該把變壓器的冷卻功率計(jì)算在內(nèi)）小的變壓器投入運(yùn)行，要按負(fù)載的變化規(guī)律，合理選擇*組合方式，要通過調(diào)整負(fù)載，提高負(fù)荷率，提高功率因數(shù)，使變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的優(yōu)選段內(nèi)工作。
?。?）單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)平均負(fù)載系數(shù)，β的上限為1，下限為Pk/Po，（其中Pk為變壓器空載損耗，Po為額定負(fù)載損耗）；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選運(yùn)行段的平均負(fù)載系數(shù)，β的上限為0.75，下限為1.33（Pk/Po）。
?。?）變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行必須建立在安全可靠供電的前提條件下，備用變壓器應(yīng)有可靠的自動(dòng)投入裝置相配套，保證在相臨變壓器故障時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行，確保不中斷正常供電。
（8）安排變壓器并列運(yùn)行方式，要對聯(lián)絡(luò)開關(guān)的額定折斷容量進(jìn)行核算，防止系統(tǒng)短路故障時(shí)因開關(guān)遮斷容量不足而損壞設(shè)備，影響故障點(diǎn)的自動(dòng)隔離；分列運(yùn)行的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)備用電源自投動(dòng)作時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)斷開接入母線側(cè)的其它電源的開關(guān)。
4、實(shí)例1：變電站的季節(jié)性負(fù)荷與變壓器的容量選擇
某農(nóng)業(yè)變電站，共110kV、35kV和10kV三個(gè)電壓等級，正常負(fù)荷為11MW，在農(nóng)灌時(shí)負(fù)荷達(dá)到50MW；變電站改造時(shí)，我們考慮正常負(fù)荷時(shí)變壓器運(yùn)行的時(shí)間長，每年300天左右，變壓器的容量選擇無須過大，同時(shí)又要滿足農(nóng)灌高負(fù)荷的需要，容量又不能太小，所以選擇安裝兩臺(tái)變壓器的方式，變壓器型式為SFSZ7-31500/110，變壓器的額定容量比為31500/31500/31500；變電站有兩條110kV線路供電，正常運(yùn)行方式為1條110kV線路主供，1臺(tái)變壓器運(yùn)行，另一條線路單向備用電源自投，兩臺(tái)變壓器的損耗性能參數(shù)如表1所示。
表1某農(nóng)業(yè)變電站變壓器損耗參數(shù)比較表
