浅谈重、过载配电变压器治理
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国网山东省电力公司曹县供电公司的研究人员李锦飞，在2018年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，随着时代的进步和居民生活水平的提高，居民生产、生活用电需求增长迅速，对配电网供电能力提出了更高要求。配电变压器重、过载问题时有发生，究其原因，除了用电负荷升高这一主要原因外，三相不平衡、采集系统数据异常等原因也不可忽视。
针对不同情况，应首先分析造成配变重、过载问题的主要原因，再据此提出针对性解决方案，既要达到治理目标，又要降低治理成本。
电网信息智能监控技术的应用和电网技术的进步给电网的发展带来了帮助，但是随着电力用户用电需求的多样化以及用电负荷的迅速增长，电网的供电能力仍然受到了严峻挑战，不断出现的重、过载配电变压器便是这一矛盾的缩影。治理重、过载配变要从电网实际情况出发，分别从技术和管理层面采取措施。
1 梳理系统采集信息，排除异常数据
当前智能配电网运行监控平台等系统已被推广应用，并取得了良好效果，通过采集系统可以随时查看配电配变、用户的负荷、电流、电压的实时和历史数据，给配电网的管理运维带来了很大方便，但在使用中要注意对数据进行甄别筛选。
以我县2017年2月份智能配电网运行监控平台采集数据为例，系统显示全县共有58台配变出现重载或者过载。通过现场核实发现，共有董庄2号等9台配变平台维护容量与实际运行容量不一致，实际容量为200kVA、100kVA而平台上维护为100kVA、50kVA，导致以上配变实际上未出现重载而平台统计为重载，经查实是因为以上配变改造后未及时更新平台数据。因此，对于配变重、过载问题，需要首先核实配变容量、变比等信息，确定相关配变运行的真实情况。
2 分析配变运行数据，找出运行管理问题
配变重、过载现象的发生，除了用电负荷升高、配变容量小这一技术层面原因外，还有可能是配变运行管理不善导致，这其中尤以配变三相不平衡原因为主。造成配网三相不平衡的原因主要有：低压接线随意性大、单相用户容量增长不可控、低压单相负载运行随机性高、负荷季节性变化等[1]。
通过对上述58台配变三相电流、电压数据进行分析发现，有21台配变存在严重的三相不平衡问题，三相不平衡问题会导致线路损耗增加、配变出力减少、产生零序电流、影响设备安全运行等诸多问题。如10kV安庄1号配变，容量200kVA，额定电流288.7A，而A、B、C三相电流值分别为88.7A、155.8A、264.5A，三相不平衡度达到了66.7%。
针对三相不平衡原因导致的配变重载问题，首先应从运行管理方面进行解决。为此，要分析各相接带负荷情况，根据负荷性质、大小等因素对不对称负荷进行优化调整，合理分配各相负荷，使三相不平衡度控制在10%以下。对供电接线方式不合理现象（如部分街道采取单相供电等造成的三相不平衡），则需要对现有线路进行改造，以优化供电接线方式。
3 科学提出并落实配变改造或新建方案
对于确属用户负荷增长造成的配变重、过载，无法通过调整三相不平衡等手段解决的配变，则需要通过配变增容改造或新增配变布点等措施来解决。在提出方案时，应对现有配变供电区域情况进行详细调研分析，对改造和新建方案进行充分比选，按照“新建为主、慎重改造”的原则合理提出解决方案，避免大拆大建和重复改造等问题，降低设备全寿命周期成本。在配变选型上，应遵循如下原则。
1）对于不存在周期和季节性过载，且年平均负载率（全年平均负荷除以年最大负荷）低于35%或空载时间较长（如路灯、居民等）的配电配变，宜优先选用非晶合金铁心配变。
2）对于年平均负荷率低于25%、负荷峰谷差大、春节及农忙时期负荷短时大幅增长的农村配电配变，宜优先选用高过载配变。
3）对于年平均负荷率低于配变高档位额定容量25%、周期性或季节性负荷变化幅度较大以及昼夜负荷变化显著的农村、城市商业区、开发区、工业区等配电配变，宜优先选用有载调容调压配变。对于电压波动幅度大，需频繁调节电压的配电配变，宜选用有载调容调压配变[2]。
3.1 新增配变布点，合理划分供电区域
对于现有配变容量小、户均容量低且现有配变运行工况良好的供电区域，应优先考虑新增配变布点，通过合理分配负荷达到降低配变负载率的目的。新建配变，应按照“小容量、密布点、短半径”的原则，尽量靠近负荷中心[3]。
根据负荷密度情况，合理减少400kVA以上大容量配变，避免长距离供电，宜优先采用100kVA、200kVA配变，科学划分供电区域，缩短供电半径，并尽量使配变靠近负荷中心，科学确定配变安放地址[4]。
3.2 改造现有配变，更换大容量变压器
配电变压器的重、过载往往会导致电压损失较大，从而导致用户低电压问题。针对配变超重载引起的配电变压器电压损耗率变大的问题，一般情况下，采用配变增容是最有效的解决方式[5]。因此，对于运行年限长、状态评价结果差的现有配电设备，或者属于高耗能设备（如S7型配变）、安全可靠性低的小容量配变，则应考虑通过增容改造进行解决，并视具体情况考虑改造的同时通过新增配变和改变现有配变位置对供电区域进行重新划分，科学合理安排供电方式[6]。
根据配变状态评价结果，选择对退运配变进行报废或者轮换处理。例如，若改造设备为S9型以上新型设备，状态评价良好，则应将该设备轮换至其他区域，增加相应区域配变布点；若设备为高耗能设备，或者安全可靠性差，则应考虑报废处理。在确定容量时，为了使变压器运行更经济、更合理，在考虑变压器运行效率的同时，应综合考虑变压器成本、运行费用、负荷类型等因素，从变压器运行费用上确定经济负载率[7]，进而合理确定变压器容量的大小。
3.3 应用实例
按照以上原则，我公司今年上半年对26个村的重、过载配变进行了改造或新建治理，并取得了良好效果。以砖庙镇王庄村为例，该村共有居民195户，原由10kV王庄1号配变供电，型号S11-200，户均容量仅为1.03kVA，2017年2月份该配变最大负荷205kW，出现过载。
且由于该村布局东西狭长，仅有1台配变由中心向两端供电，导致该村0.4kV供电半径过长，达到了850m，造成末端用户电压质量达不到要求。该村原有供电方案如图1所示。
图1 王庄村供电示意图（改造前）
鉴于王庄村负荷偏高、供电半径过长，且原有配变、低压线路投运于2011年，状态评价良好，考虑通过新增配变布点的方式来解决该村配变过载问题，并且在新增配变布点时尽量利用原有低压线路，避免重复改造，降低设备全寿命周期成本。
在配变选址上，按照靠近负荷中心的原则，新增两台配变放置在该村东西两侧居民集中的两个街区中心，与原有1号配变分别划分为3个供电区域对该村供电。新建工程完成后，该村配变总容量达到500kVA，户均容量达到2.56kVA，配变最大负载率降至41%，可满足该村10年左右负荷增长需求，彻底解决该村配变过载问题。另外，该村供电半径由原来的750m降至390m，供电质量也得以显著提高。
图2 王庄村供电示意图（改造后）
综上所述，当配电变压器出现重、过载现象时，应首先排除系统数据采集异常情况，确认配变实际是否重、过载；其次要核查配变是否存在严重三相不平衡，对因此造成的配变重、过载从调整配变三相不平衡度着手解决；最后，对于确属负荷增长造成的重、过载，根据现有区域供电情况，综合考虑负荷增长、设备状态等因素，通过配变增容改造或者新建配变进行治理。