智能有载调容变压器在农村配电台区的应用探究

智能有载调容变压器在农村配电台区的应用探究

胡金辉，孟永，杨福来

国网河南省电力公司开封市祥符供电公司 河南 开封 475000

摘要：目前农村配电台区分布面广点多，电压合格率低，负荷波动呈季节性变化，高峰期一般为夏季空调用电和冬季取暖用电。尤其在春节期间。春节期间农村返乡人员骤然增多，电磁炉、电暖炉等大功率电器集中使用，最高负荷可超过平时同时段的四五倍。传统的解决办法是在春节前更换大容量的变压器。但在春节后负载率又大幅度降低，若再次更换小容量变压器则需要花费大量的人力和物力，同时增加了运行维护的安全风险。而智能有载调容变压器避免了农村特殊用电高峰期出现的变压器过负荷、电压低等风险，有效解决了农村低电压治理和用电高峰期供电瓶颈问题。

关键词：智能有载调容变压器；农村配电台区；应用

前言

智能有载调容变压器在供电负荷突增时，会自动切换为大容量，避免因过载而停电；当负荷降低时，变压器又自动切换为小容量，降低损耗。智能有载变压器适用于负荷波动较大呈季节性变化的农村地区。本文首先分析了智能有载调容变压器的调容原理和控制原理，并通过实际的例子来说明其在农村配电台区起到的改善电压治理、节约电能的作用。

1有载自动调容变压器结构组成及原理

1.1有载自动调容变压器结构组成

通常有载自动调容变压器由变压器本体、调容开关、控制系统和相关配套设备组成。其中变压器本体由铁芯、高压绕组、低压绕组和器身组成。铁芯一般为叠片式结构，采用优质硅钢片；高、低绕组均采用圆筒式结构，能使冲击电压分布均匀，提高油道散热效率，而且高、低绕组的所有抽头要和调容开关紧固相连；器身则要进行真空干燥处理，保持去自身的洁净度，防止异物进入^[1]。

1.2有载自动调容变压器调容原理

小容量时，高压绕组为星形（Y）结构，可使相电压降压，低压绕组为串联结构，匝数增加为原理的1.73倍，且匝数与电压成反比，从而保持总输出电压不变^[2]。大容量时，高压绕组为三角形（D）结构，可使相电压升高，低电压绕组为并联结构减少匝数，从而保持总输出不变。由此可知高压绕组需要9个开关接点与调容开关相接，从而实现Y-D转换。

2农村配电网存在的问题

目前延庆地区的农村配电台区存在如下问题：

2.1空载和轻载时间长，空载损耗较高

根据历史数据统计数据，目前延庆地区的农村配电变压器70%-80%以上的时间都处在空载或轻载的状态运行，空载损耗偏高。

2.2负荷波动大，负荷高峰时影响变压器运行安全

配电台区的时段性高峰一般出现在每日早饭时段和晚间娱乐时段。季节性负荷高峰主要为农灌负荷、夏季制冷负荷和冬季采暖负荷。而以春节为代表的节假日突增负荷对台区运行的影响也极为重要^[3]。当季节性负荷高峰与时段性负荷高峰叠加时常常会超出变压器额定容量，严重影响变压器运行安全，以春节为代表的假日突增负荷的加入则加剧了这一情况，大大缩短了变压器的使用寿命，甚至导致变压器烧毁。

2.3配电台区保护不可靠，易发生越级跳闸事故

配电台区常规采用跌落式熔断器作为台区的速断保护，低压侧塑壳断路器对用户负荷进行过流和速断的简单保护，而塑壳断路器一般配置额定电流较大，失去了过载保护能力，过载时间过长会导致配变烧毁；而台区或低压负荷故障又因速断保护不可靠常越级跳闸致整条线路大面积停电，甚至导致配变烧毁^[4]。

2.4无功补偿效果差

农网配电台区长期小负荷运行，传统补偿装置电容最低级差10～20kvar不能投入，补偿装置利用率极低。

2.5电压合格率低

配网末端用户距变电站较远，为避免出现电压偏低，设备无法正常运行的情况，兼顾末端负荷，需调高变电站出口电压，这就导致线路首端轻载时电压过高，用电设备寿命缩短，而且配变损耗大幅增加。

2.6管理方式粗放

目前农村配电台区分布点多面广，负荷控制全靠人工现场操作，不具备配电自动化基础，运行管理维护仍有很大提升空间。

3有载自动调容变压器在农村配网中的应用分析

3.1有载调容变压器节能分析

由公式U2=（N2/N1）×U1（式中N1为高压绕组匝数，N2为低压绕组匝数）可知，当变压器由大容量转换为小容量时，高压绕组方式由三角形转为星形，相电压相应减小为大容量的1/ 倍；低压绕组由并联改为串联接线方式，故其匝数比原来增加 倍。由于匝数和电压成反比，所以得出输出端总体电压不变。但由于线圈匝数增加了 倍，导致铁芯磁通密度大幅降低，硅钢片单位损耗减少，从而大幅降低空载、轻载能量损耗，达到了节能降耗的作用^[5]。

3.2有载调容变压器运行经济效益分析

据相关资料统计，农村配电变压器一天中高容量运行时长大概为6h，小容量运行时长大概为18h，除了阶段性用电高峰外，还有季节性用电高峰（农忙和春节），这种情况下，许多地区为了避免能源浪费，会安装母子变压器进行季节性调节，如采用2台容量为80kVA、30kVA的变压器。通过简单计算相关费用，一台母子变压器价格比一台自动调容变压器贵1500元，安装费多了2000元，其他费用1000元，增加JP柜费用5500元，相比之下，采用一台载自动调容变压器取可节省投资约10000元，还节省其占地空间，经济效益大幅度提升。表1为由有相同容量下有无采用有载调容变压器运行年损耗电量比较表。年负荷采用全国农村平均值按小时计算为6200h，农村配电变压器负荷率取85%和30%，分别为1500h何4700h。由于农村人口分布广泛，所有配电区域分布广泛、数量多、面积大

^[6]。为了适应农村的阶段性和季节性负载变化情况，配电维修人员常年更换变压器，使配电变压器与之情况相匹配，避免电量损耗，此时会产生巨额的拆迁费、安装费、运输费、人工费。而采用有载自动调容变压器就能自动根据实际负载情况，自动调节变压器容量，改善配电变压器的运行工况、减小功能损耗、提高用电安全性。有载自动调容变压器不仅节能减排，还经济实惠，非常符合农村配电网的特点。

3.3有载自动调容变压器应用前景

有载自动调容变压器相比于普通变压器，具有体积小，重量轻，储存容量大且能远程操控、节能环保等的优点，其综合各方面产生的经济效益较高，非常适用于白天晚上用电负荷差异大的住宅小区和单位，在往后的农网改造和电力建设中会具有广泛的应用前景。

总结

有载自动调容变压器非常适用负载波动大且频繁的用电区域，无论是其节能技术还是运行后产生的经济效益来看，其相对于普通变压器有非常大的优势。有载自动调容变压器使用嵌入式ARM设计，能自动记录两年以上负载电压变化情况，根据实际情况自动调容运行，不但体积小、内存大，还操作快捷简单，可以在恶劣环境下通过网络通讯接口来完成远程数据输入和远程监控。目前有载自动调容变压器已经被列入中国家重点技术推广目录中，随着国家电网对农村电网和电力建设的大力发展，有载自动调容变压器有着广阔无限的发展前景。

参考文献

[1]邱靖雯,陈治廷,周浩然,柴海峰.自动调容调压配电变压器在复杂配电网中的应用研究[J].电工技术,2021(01):75-77.

[2]邵云峰,安成万,张涵羽,刘永强.有载配电变压器自动调容控制电路软硬件设计[J].电子技术与软件工程,2020(17):226-227.

[3]史栋栋.可自动调容式特种变压器的设计与实现[J].通信电源技术,2020,37(06):94-95.

[4]杨景亮,齐林海,陶顺,王红.基于Attention-LSTM的有载调容变压器运行方式优化研究[J].电网技术,2020,44(07):2449-2456.

[5]王琦斐,赵庆生,王旭平,郭尊.基于负荷预测的有载调容变压器控制策略研究[J].变压器,2019,56(06):23-26.

[6]霍佳贺,赵庆生,王旭平,郭尊.有载调容变压器最佳容量调节点分析和选择[J].变压器,2018,55(08):38-42.