小水电对35 k V变压器设备利用率的影响评估*

李 翔，何奉禄，黄春艳，江浩侠

（1.广东电网有限责任公司韶关供电局，广东韶关 512028；2.广州市奔流电力科技有限公司，广东广州 510640）

0 引言

由于我国电网长久以来形成“重输轻配”的局面，使得配电网规划和管理仍处于较粗放阶段，供电公司在评判配电系统性能时，通常以“三率”定其好坏[1-4]。但是用于评价配电网设备利用率的指标及其相关的评估方法、评估标准未能受到关注。

对于负荷密度较低的农村和山区，若采用110/10/0.4 kV的配电电压层级，往往存在110 kV负载率太低、设备利用率太低而造价太高，从而严重影响配电网的运行经济性的问题。采用35 kV则可以降低高压配电的投资，并且避免10 kV供电距离远造成的电压质量差和线损率高的问题。因此35 kV系统在负荷密度低的山区还有重要的配电作用，且往往还承担着山区小水电接入并网的重要作用。科学评价35 kV变电站中的变压器设备利用率是供电企业提升运行经济性和做好电网规划的基础性工作。

目前来说，针对设备利用率的研究主要集中于其他行业，在电网方面的研究还比较少[5-7]。部分文献采用主变压器最大负载率、主变压器平均负载率等指标来反映设备的利用率，文献[8]提出了“设备利用率可以广义地理解为配电设备能达到的最大负载率”，文献[9]提出了负荷率是配电网设备利用率的影响因素之一。因此可以以负载率和负荷率作为指标来分析配电网变压器利用率，但是在含小水电等分布式电源的电网，按照传统的负载率和负荷率指标评价变压器的设备利用率是存在争议的。因为供电企业作为售电部门，一般只关注下送负荷部分。而含小水电的配电网，往往是山区配电网，如果仅以下送负载率和下送负荷率的角度来评价山区配电网35 kV变压器设备利用率的话，就体现不出变压器在小水电倒送时的贡献。

为此，有必要细化负载率和负荷率这两个指标，以客观地体现出变压器在小水电倒送时的利用情况。因此，本文为体现35 kV变压器在小水电配电网的客观利用情况，将负载率细化成下送负载率α1和双向负载率α2，下送负荷率 β1和双向负荷率 β2，并对比分析了含小水电配电网中35 kV变压器的设备利用率的评价方法。

1 负载率和负荷率的定义

负载率即实际负荷与容量之比。但是由于35 kV变压器的设备利用率有评价周期，作为指标之一的负载率定义为变压器最大负荷（一般近似等于有功）与容量之比。根据文献[10-12]可知，负载率反映设备的负载能力，以此考察设备的利用水平，该指标直接反映设备的运行经济性，但是，负载率仅能体现出在某一个时间断面变压器最大限度的利用情况，而不能体现出利用情况的连续性。如果变压器某个时间断面负载率达到100%而其余时间负载率很低的话，那么以此作为变压器利用率的唯一评价指标就会出现以点代面、以偏概全的问题。因此，需要结合负荷率指标来进行评价。

负荷率[13-14]指在规定时间（日、月、年）内的平均负荷与最大负荷之比的百分数，负荷率用来衡量在规定时间内负荷的变动情况，以考察变压器的利用程度，从经济运行方面考虑，负荷率愈接近1，表明变压器所带负荷越平均，变压器利用程度越好。

因此，可以看出在评价变压器设备利用率的时候，负载率和负荷率是两个相辅相成的指标，负载率以点的形式体现出变压器设备的极限性利用情况，而负荷率以面的形式体现变压器设备的延续性利用情况。

2 小水电对35 kV变压器设备利用率的影响分析

一般来说，由于供电企业的主要任务是从上一级电网获取电力分配给用户，因此对35 kV变电站的设备利用率的考核通常只按下送负载率、下送负荷率来考核，这在不含小水电的配电网来看，是不存在任何争议的。但是在山区电网，配电线路和变压器还承担着消纳小水电的作用，即使下送的负荷非常小，但为了确保小水电的发电功率全额消纳，其设备选型还是需要考虑小水电的发电能力的，一旦小水电在丰水季节大量发电造成大量功率上送，仅仅按下送功率来计算负载率和负荷率将抹杀了35 kV变电站的实际贡献。

通常，供电企业是从净负荷的角度来考虑的。所谓净负荷，对于35 kV变压器而言，就是指其供电范围内的总负荷减去小水电所发的功率，这部分是由35 kV变压器的供电功率，即：

其中：Peq-35 kV变压器净负荷；PLi-电网内各负荷；PDG-小水电的电源出力；SL-电网负荷集合；SDG-小水电电源集合。

在水电倒送功率到主网时，不仅影响主网潮流的流向，也改变主网的潮流大小，同时由于小水电的波动性很强，使净负荷不确定性大，小水电的电源出力受季节气候降水量的影响，丰水期小水电的电源出力增大，此时35 kV变压器供应的负荷Peq减少；在枯水期，小水电的电源出力减少，35 kV变压器供应负荷增多。净负荷的波动使得变压器的备用率提高，因此变压器的负载率降低，从而变压器的利用率也相应地受到影响；小水电的反调峰特性使净负荷波动进一步加剧而影响到负荷率，进而影响变压器的设备利用率。

2.1 负载率指标的细化

小水电的接入，会导致功率倒送，现以简单的小水电倒送功率图分析小水电接入对负载率的影响，见图1。

图1

假设在规定的变压器设备利用率评价周期内，按传统观念来说变压器负载率指标为Peq的最大正值max（Peq）与ST的比值，但是当丰水期小水电大量倒送时，有可能出现Peq最大负值的绝对值max（|Peq|）＞max（Peq）的情况，这时候以传统的负载率去评价35 kV变压器的设备利用率不够客观，会抹杀了小水电倒送时35 kV变压器的贡献。当然，从供电企业的角度来说，仅考虑下送负荷的负载率也是有一定道理的，因为只有下送功率才能给供电企业带来经济效益。因此本文对负载率指标进行细化成只考虑经济效益的下送负载率α1和客观体现设备利用情况的双向负载率α2来分析35 kV变压器的设备利用率。

下送负载率α1的计算公式如下：

其中：Pud-max为仅考虑下送负荷的最大负荷；ST为变压器容量。

双向负载率α2的计算公式如下：

其中：Pbd-max为考虑双向负荷的最大负荷。

负载率指标具体算法见表1。

表1 单、双向负载率指标算法

2.2 负荷率指标的细化

下送负荷率β1的计算公式如下：

其中：Pud-avg为仅考虑下送负荷的平均负荷。

双向负荷率β2的计算公式如下：

其中：Pbd-avg为考虑双向负荷的平均负荷。

负荷率指标具体算法见表2。

表2 单、双向负荷率指标算法

3 实例分析

3.1 负载率指标对比分析

选取某市37台35 kV变压器2013年运行数据按表1的计算方法计算下送负载率α1和双向负载率α2。

得到对比结果如图2和表3所示。

图2 下送负载率α1与双向负载率α2的比较

表3 不同负载率区间下两种负载率算法所占比例对比

由表3可以看出，在负载率0～30%区间，双向负载率算法得出的变压器数量比起下送负载率算法得出的数量有所减少，比例由14%减至5%；在负载率大于70%区间，双向负载率算法得出的变压器数量比起下送负载率算法得出的数量有所增加，比例由51%增至59%；其余负载率区间数量未有变化。这表明只考虑经济效益的下送负载率的确会在一定程度上掩盖了变压器设备的客观利用情况。

3.2 负荷率指标对比分析

选取某市25台35 kV变压器2013年运行数据，按表2的计算方法计算下送负荷率β1和双向负荷率 β2。

得到对比结果如图3和表4所示。

从表4可以看出，在负荷率0～15%区间，双向负荷率算法得出的变压器数量比起下送负荷率算法得出的数量有所减少，比例由32%减至8%；在负荷率15%～30%区间，双向负荷率算法得出的变压器数量比起下送负荷率算法得出的数量有所增加，比例由36%增至60%；其余负荷率区间数量未有变化。这表明只考虑经济效益的下送负荷率的确会在一定程度上掩盖了变压器设备的客观利用情况。

图3 下送负荷率β1与双向负荷率β2的比较

表4 不同负荷率区间下两种负荷率算法所占比例对比

4 结语

变压器利用率是衡量配电网建设经济性的重要指标，在以往并未受到太多的重视，一般供电企业仅仅从下送负荷角度来衡量变压器的贡献，这种评价对于含小水电的35kV变压器往往不够客观。

本文针对35 kV变压器设备利用率开展研究，以负载率和负荷率作为评价指标，考虑到35 kV变压器所处的小水电配电网的特殊性，对负载率指标和负荷率指标进行细化，并对比了细化后的下送负载率α1和双向负载率α2、下送负荷率 β1和双向负荷率 β2，得出采用双向计算后能较为客观地体现出35 kV变压器设备的利用情况。基于本文的工作，在以后采用其他类似指标评价含小水电或者其他分布式新能源电网的设备利用率时，应当考虑增加双向计算并细化指标以客观体现设备在分布式能源倒送时的贡献。

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