（中设工程机械进出口有限责任公司）
摘要：为解决配电变压器电能损耗的问题，在分析现有配电变压器经济运行方法、应用现状的基础上，对配电变压器经济运行方式进行了进一步探讨。结合配电变压器经济运行的原理，以及配电变压器经济运行的几种不同情况，设计并实现了一种配电变压器经济运行控制系统，该系统将配电变压器经济运行原理与实际相结合，以降低配电变压器的电能损耗。现场测试结果表明，采用该控制系统，配电变压器损耗率能降低50%以上。
关键词：配电变压器经济方式；损耗；电力系统自动化；控制系统
1配变经济运行建模
配电变压器的技术参数表征了配电变压器在运行供电过程中自身损耗的特性：有功功率损耗和无功功率消耗。双绕组配电变压器技术参数包括：空载电流I0，空载损耗P0，短路电压UK及短路损耗PK。
空载电流值I0和铁芯材质、磁路的几何尺寸及铁芯制作工艺等密切相关。
式中：I0—空载电流，A；IN—配电变压器次侧绕组的额定电流，A。
空载损耗P0是在配电变压器接入额定电压条件下，铁芯内由励磁电流引起磁通周期性变化时产生的损耗，也称铁芯损耗。铁耗包括基本铁耗和附加铁耗。
短路电压UK是指在二次绕组短路时，在一次绕组施加额定频率的电压，当二次绕组通过额定电流时，一次绕组所施加的电压UK称为配电变压器的短路电压，又称阻抗电压，记为：
式中：ΔPZ—变压器综合功率损耗，kW；P0Z—空载综合功率损耗，kW；PKZ—短路综合功率损耗，kW；S—配电变压器输出视在功率，kVA；SN—额定视在功率，kVA。
综合功率损耗包括了有功功率损耗，它更具有系统性的特征。综合功率经济运行最佳是指：既考虑有功电量节约，又考虑无功电量节约的综合最佳；既考虑用户节电又考虑电网损耗降低的系统最佳。
2EOCS控制系统的结构
EOCS控制系统采用Atmel公司AT91SAM9261芯片作为控制处理器，TexasInstruments公司的TMS320F2810作为计算处理器。EOCS具有多个的数字设备接口，采用Linux多任务操作系统，提供强大的数据处理和转发功能，可以满足与多个主站和其他设备通信的需要。
EOCS控制系统系统的技术特点如下：
（1）具有交流采样功能，采集电压量、电流量和频率，计算有功功率、无功功率、功率因数和2~15次谐波等；
（2）可采集RS485、RS232等不同接口类型和不同规约类型的现场断路器状态及电压、电流、功率等参数；
（3）失电后能长期存储电能量数据信息；
（4）可记录并报告开机时间、关机时间、各模块工作情况、经济运行状态、参数修改记录等状态信息及事件顺序记录，并可远方查询和当地查询；
（5）接收并执行对时命令；
（6）远方/当地参数设置、查询功能；
（7）通过两台配变管理终端的组网，投切现场10个断路器，实现配电变压器经济运行功能；
（8）可以控制投切12组电容器；
（9）维护功能，通过专用串口能够对管理板进行本地维护，也可以通过以太网实现远程维护；
（10）操作系统和硬件需要满足工业级要求；
（11）工作状态异常时，自动向DMS系统报警；
（12）支持多种通讯规约库；
（13）支持存储及通讯方式的拓展；
（14）支持IEC61850标准。
EOCS控制系统系统硬件结构图如图1所示。
3、EOCS控制系统的控制策略
由于配电变压器的实际容量与运行容量在各个时段存在明显差异，使得变压器经常运行在近空载状态，增加了系统的空载损耗。EOCS控制系统的控制策略如下：通过对当前两台配电变压器的总功率、总有功功率、总无功功率的监测，调整配电变压器组的运行方式，使得配电变压器运行在最佳状态下，从而使系统的线损降到最低。
EOCS的网络部署图如图2所示。EOCS安装在配电变压器的低压开关侧（高压开关侧由FTU控制），监视和控制低压开关和母联开关的运行。在一个需控制配变经济运行的开闭所内，一般需配置两台EOCS装置，其中一台设置为主设备，另一台设置为从设备（通过软件设置）。主、从设备通过以太网联络。在目前EOCS的控制策略中，主EOCS通过RS485接口控制一个低压开关和母联开关，从EOCS只控制一个低压开关。高压开关的合分由主EOCS通过以太网向主站DMS申请，主站得到申请后，向FTU发指令，控制高压开关的合分。
配变的经济运行方案可以有3种计算依据：
（1）有功最优。只根据变压器的有功功率给出的运行方式，不考虑无功的影响。
（2）无功最优。只根据变压器的无功功率给出的运行方式，不考虑有功的影响。
（3）综合最优。综合考虑变压器的有功和无功功率而给出的运行方式，将无功的损耗按照折算系数折算成有功损耗，从而使得系统中的有功损耗最小。变压器运行中可以根据对各个变电站中对经济运行方式依据的设定，分别采用不同的优化计算模式。
变压器经济运行中可以根据对各个变电站中对经济运行方式依据的设定，分别采用不同的优化计算模式。
4算例分析
某配电网络图如图3所示，本研究以该网络作为算例分析，图3中DL为各断路器，每个断路器上的分合位置都应采集到装置。以总功率经济运行模式为例
（记：∑S=S1+S2）：
系统初始运行方案为DL1合，DL2合，DL3合，DL4合，DLM合。其中变压器1（小功率）投入容量SetT1S；变压器2（大功率）投入容量SetT2S；变压器1、2（并列运行）投入容量SetT12S。
Case1：if∑S≤SetT1S，then启动变压器T1，则只投入T1，切除T2。操作为合DL1、DL2和DLM，跳DL3，DL4。确认该次操作成功后，触发配电变压器经济运行模式1信号。
Case2：ifSetT1S≤∑S≤SetT2S，then启动变压器T2，则只投入T2，切除T1。操作为合DL3、DL4和DLM，跳DL1和DL2。确认该次操作成功后，触发配电变压器经济运行模式1信号。
Case3：ifSetT2S≤∑S≤SetT2S，启动变压器T1，T2操作为：合DL1、DL2、DL3、DL4及DLM。确认本次操作成功后，触发配电变压器经济运行模式3信号。这3种情况是根据总功率作为经济运行判据的，若选择以总有功方式，具体实现类同与总功率方式。
本研究根据上述运行细则可导出的配电变压器投切示意图，如图4所示。
由于负荷存在一定的波动性，经济运行控制必须存在一定的模糊区域，不能太灵敏，否则将因对一次开关操作过于频繁，而减低寿命。针对经济运行模糊控制方面EOCS采用两种策略：
（1）对开关的操作次数控制。
本研究设定对DL1，DL3的动作次数限定为N次/天，即限制了一天经济运行调控次数。若用户在当天已进行N次控制操作后，仍然存在负荷的波动需要调整时，也不进行控制。此项限制控制权可通过后台强制解除：即后台监控系统发现当前系统负荷与运行方式极不适应时，或需强制改进运行方式时，可以解除该项限制权，继续实现经济运行的调控手段。
（2）对负荷变化的延时认可。
配电变压器所带的负荷在大多数情况下属于稳定的负荷，变化后，相对稳定，周期较长。但对于特殊负荷，可能存在较短的时间内来回波动。若此时经济运行控制策略马上实施的话，会起不到正面的效果，甚至是非经济运行方案。所以在对负荷的判断上，要有一定的延时T。在负荷发生变化且已构成经济运行策略改变的情况下，该负荷必须要有一定的保持时间T，若变化时间小于T，都可以认为是负荷的暂时干扰，不能列入经济运行控制测量以内。
EOCS在青浦10kV电网盛家宅配电站安装前后测试数据如表1所示。
该配电站内部有两台变压器。1号变型号为S7，老旧，空载损耗为1.54kW，负载损耗9.9kW。2号变型号为S11-M，空载损耗为0.98kW，负载损耗7.5kW。
EOCS控制器未投入时，两变压器并列运行，总损耗在1.94%以上。本研究针对相同负荷水平下EOCS投入前、后的损耗情况进行比较。从现场测试数据可知，EOCS能减少损耗50%以上，控制效果明显。
5结束语
EOCS配变经济运行控制装置在硬件上已完全兼容目前流行的几种配变监测和控制装置。通过部分硬件模块的配置，可灵活适用于多种运行场合，装置可实现“一次投入，多次升级”的功能，避免了配电变压器二次监控设备的复杂化。通过装置软件功能的升级、主站管理软件的建立、无线或有线通讯通道的引入，各个配变经济运行控制装置可轻松升级为配变综合管理系统。升级后的系统可实时监视和管理各个配电变压器，管理功能可覆盖目前配变管理的任何一个子系统，在无功优化、电能量管理、配网损耗动态分析、配变工况优化、供电可靠性统计与分析方面具有很强的后台分析功能。
参考文献：
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[3]单晓红，曾令通，王亚忠.节能型变压器节能运行方式的探讨［J］.电力系统保护与控制，2009（8）：104-106.
作者简介
杨立新,学位：工学学士,研究方向：电机及变压器的设计、修理、改造等.现供职单位：中设工程机械进出口有限责任公司。
论文作者:杨立新
论文发表刊物:《电力设备》2016年第19期
论文发表时间:2016/12/9
标签：变压器论文; 经济运行论文; 功率论文; 方式论文; 负荷论文; 绕组论文; 控制系统论文; 《电力设备》2016年第19期论文;