低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造增供電量計算方法的研究

徐驍 丁勝 饒堯

（1.南瑞集團有限公司/國網(wǎng)電力科學研究院有限公司 江蘇省南京市 210000）

（2.國網(wǎng)電力科學研究院武漢能效測評有限公司 湖北省武漢市 430074）

增供電量是定量分析電網(wǎng)建設(shè)工程后新增負荷貢獻的重要指標，能夠有效評價新建電網(wǎng)工程的實際運行效果，并能夠?qū)罄m(xù)電網(wǎng)建設(shè)起到指引作用[1]。因此，準確、科學地計算增供電量及增供電量效益，對電網(wǎng)建設(shè)工程的后評價有重要意義。

當前，我國學者對電網(wǎng)增供電量及增供電量效益的作了大量的研究，主要從電網(wǎng)供電能力的評估入手[2]。具體評估方法主要有三類，容載比法，計及網(wǎng)絡(luò)約束的方法和基于N-1 安全準則的計算方法[3-9]。其研究對象主要為35kV 及以上電網(wǎng)中，考慮主變?nèi)萘?、網(wǎng)絡(luò)約束及穩(wěn)定供電等條件下的供電能力評估。而對于10kV 以下的低壓配電網(wǎng)增供電量評估，國內(nèi)文獻鮮有提及，其增供電量計算及效益評估也并無統(tǒng)一規(guī)定，影響了低壓配電網(wǎng)建設(shè)運行后評價工作的順利開展[10-11]。

本文首先明確界定了低壓配電網(wǎng)新建工程增供電量的影響范圍，在此基礎(chǔ)上，從工程實用角度開展了低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造面臨的多種情景，并提出了對應(yīng)情景下的增供電量計算方法，按此方法可計算出每種典型情景下的低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的增供電量，為新建電網(wǎng)工程后評價提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，具有較強的實用性。

1 低壓配電網(wǎng)增供電量計算的基本概念

1.1 增供電量的定義

新建電網(wǎng)工程會帶來電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的改變，使網(wǎng)絡(luò)的最大供電能力有所增加，系統(tǒng)整體能夠承擔的負荷增上升。由系統(tǒng)承擔的負荷電量增量即為增供電量。其計算公式為：

式中，為增供電量，為項目投運后的增供負荷，Tmax為最大負荷利用小時數(shù)。

1.2 低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的影響范圍界定

在中壓及以上配電網(wǎng)中，電網(wǎng)最大供電能力是指一定供電區(qū)域內(nèi)配電網(wǎng)滿足N-1 安全準則條件以及各種實際運行約束下的最大負荷供應(yīng)能力。

而低壓配電網(wǎng)一般為供電的末端，其最大供電能力提升主要由變壓器增容改造帶來。根據(jù)相關(guān)標準對供電等級的劃分，低壓配電網(wǎng)的供電安全水平要求為：“N-1”停運時，維修完成后恢復(fù)組負荷，因此一般為單回路供電，且低壓配電網(wǎng)原則上不分段，不與其他臺區(qū)低壓配電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。因此，在改造臺區(qū)原帶負荷片區(qū)內(nèi)無新增臺區(qū)時，將本文所述低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的增供電量影響范圍，界定為改造配電變壓器本體及所帶低壓配電網(wǎng)（380V/220V），不涉及其他臺區(qū)，如圖1所示。

2 低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造情景分析

隨著居民生產(chǎn)、生活中電氣化水平的不斷提升，變壓器年最大負荷呈現(xiàn)不斷上升的趨勢，階段性的會出現(xiàn)臺區(qū)供電容量不能滿足居民生產(chǎn)、生活最高用電負荷需求的情況，常存在圖2所示三種狀態(tài)：

（1）臺區(qū)供電能力大于當前負荷；

（2）臺區(qū)供電能力小于當前負荷；

圖1：低壓配電網(wǎng)變壓器增容改造的影響范圍

圖2：典型變壓器負荷增長狀態(tài)

圖3：變壓器增容改造前后過負載情況分析

圖4：變壓器增容改造前后負荷特性曲線推算

表1：變壓器增容前后增供電量計算的9 種典型情景

（3）臺區(qū)供電能力與當前負荷同步發(fā)展。

圖中C0、C1為變壓器增容前后的額定容量，P0、P1為變壓器增容前后最大供電負荷。根據(jù)變壓器增容前后的數(shù)據(jù)獲取情況，結(jié)合電網(wǎng)最大負荷與供電能力之間的五種狀態(tài)關(guān)系，識別出計算改造前后增供電量可能面臨的4 大類9 小類典型情景，如表1所示。

3 低壓配電網(wǎng)變壓器增供電量計算方法

情景1 當變壓器增容前后供電量均已知，且不存在過負載情況時，增供電量計算公式為：

式中：為增供電量；E0，E1為變壓器增容改造前、后供電量；

實際操作過程中，還應(yīng)考慮邊界內(nèi)其他因素影響、原配電變壓器存量供電能力的貢獻等影響，為此可將公式（2）修正為：

式中f1為邊界影響修正系數(shù)；f2為原配電變壓器存量供電能力修正系數(shù)。

情景2 當變壓器增容前后負荷特性曲線已知，且不存在過負載，不存在供電能力提升帶來的增供電量。當變壓器增容改造前、后存在過負載情況時，如圖3所示。

計算公式為：

式中，ti為第i 個過負載時段的首末時刻，為功率因數(shù)。

情景3 變壓器增容改造前負荷特性曲線已知，但改造后未知。此類情景下，可根據(jù)社會用電量增長率或年最大負荷增長率推算得到變壓器增容改造后的負荷特性曲線，如圖4所示。

負荷曲線推算公式如下所示：

式中，S0i為改造前在i 時刻點的實際負荷；S1i為改造后在i 時刻點的推算負荷，β 為負荷推算系數(shù)，該系數(shù)可為社會用電量增長系數(shù)或年最大負荷增長系數(shù)

推算出改造后的負荷特性曲線后，可帶入公式（4）進行計算。

情景4 變壓器增容改造前負荷特性曲線未知，但已知供電量、年最大負荷。變壓器增容改造后推算公式如下：

式中，E0，E1為變壓器增容改造前、后供電量；P0，P1為改造前后年最大負荷，Tmax改造后的最大負荷運行小時數(shù)。

在此種情景下，當改造前后不存在過負載情況時，不計及增供電量。當改造前最大負荷不存在過負載、改造后年最大負荷存在過負載時，增供電量計算公式如下：

當改造前最大負荷過負載，改造后最大負荷不存在過負載時，增供電量計算公式如下：

當改造前后均存在過負載時，增供電量計算公式調(diào)整為：

4 算例

某10kV 公用臺區(qū)變壓器進行增容改造，原有型號容量為S9-100kVA，改造后型號容量為S13-400kVA。增容改造前年供電量為682652.64kWh，年最大負荷為120.5kW。按本文的分析情景，取供電增長率為6%，最大負荷增長率為25%，變壓器改造后年增供電量為723611.80kWh，改造后年最大負荷為150.63kW，改造后年最大負荷利用小時數(shù)為4803.90h。屬于改造前存在最大負荷過負載，改造后不存在最大負荷過負載的情況，最終選擇對應(yīng)公式計算增供電量。

經(jīng)計算，可知該10kV 公用臺區(qū)的變壓器增容改造可帶來144741.51kWh 的電量增長，滿足負荷需求，整個計算過程簡單可行，并有效提升了低壓配電網(wǎng)增供電量計算的規(guī)范程度。

5 結(jié)語

本文明確了10kV 及以下配電網(wǎng)中增供電量的影響范圍并提出了計算方法，為相關(guān)領(lǐng)域的實際應(yīng)用提供了科學的理論依據(jù)；分析了10kV 及以下配電網(wǎng)變壓器增容前后增供電量計算的9 種典型情景，并對每種情景進行了充分討論。經(jīng)過實例驗證，該方法計算方便，簡潔，實用性強。