变压器负荷智能调配方法探讨*

孙 宇， 侯文晶

(吉林省建苑设计集团有限公司，长春市 130000)

1 背景与意义

本课题基于某院校学生宿舍建设项目，地下1层，地上11层，根据学校多年运行经验及学生宿舍用电的特殊性，变电所选用两台变压器，容量均为800kVA。

根据原有宿舍基础负荷用电容量(约为 1 440kW)，通过归类分组计算得出两台变压器负载率理论值均约为83%，接近变压器经济运行最优负载率上限值(85%)，然而在设计基本完成时，甲方提出“在不改变现有变压器投运容量的前提下，在建筑内增设学生集中淋浴池，且热水来源确定采用数台电热水器加热的方式，同时在开水间及卫生间分别增设直饮水热水器、生活热水加热器”，各加热系统容量见表1。

新增加热系统容量情况表 表1

由于高校学生宿舍用电规律的特殊性即宿舍基础负荷用电仅在集中时间段(早6:00～8:00；晚17:00～22:00)出现用电高峰，因此本课题考虑采用智能控制系统根据变压器负载率的实时变化来切换新增加热设备(被动性负荷)的投入运行，系统的运行策略流程图如图1所示。

图1 智能投切系统策略流程图

目前，国内一些科研单位已研发出变压器经济投切的自动装置，但电力负荷是一个随机、时变、非线性系统。传统的变压器经济运行理论往往不能奏效，传统负载控制系统可能需要安装大量的专用控制设备。但是，要控制的负载数量越多，单独控制每个负载所需的电气设施就越复杂，考虑到设计的复杂性及最终完成应用所需的额外设备可能加大初始投资成本，以及变压器处在什么状态时投切用电设备、加热设备的投切顺序、最佳巡检周期等因素，本课题拟采取两种智能控制系统来切换被动性负荷的投入运行，以使变压器在合理的经济运行范围内(75%～85%)，从而实现主动的负荷控制，起到移峰填谷及平稳负荷运行的节能目标。

2 解决方案

本课题中低压配电柜共配出4条开水间热水器用电回路、6条卫生间热水器用电回路、4条淋浴池热水泵房用电回路。根据使用方用电及管理需求，当变压器的实时负荷率<85%时，将被动性负荷用电设备通断电优先级按类别设定，如图2所示。

图2 被动性负荷用电设备通断电优先级

2.1 利用智能一体化控制系统平台进行负载管理

基于智能控制系统平台的eP-DAS中央配电监控和负荷信息发布系统，即通过实时监测变压器负载率，通过B总线将状态监测信号接入eP-DAS柜，让终端设备能够自行调整负载，从而实现主动的负荷控制。以本课题项目为例，其负荷控制系统图及智能控制柜二次原理图分别如图3～4所示。

图3 智能一体化负荷控制系统图

图4 智能控制柜二次原理图

从图3～4中可以看出，智能一体化负荷控制系统采用将智能控制模组集成于eP-DAS一体化控制柜中，在项目实际运行过程中通过B总线将采集到的变压器实时负载率传输至eP-DAS一体化控制柜中，根据预先设定的控制算法及被动性负荷用电通电优先级自动调整模组内接触器通断，以实现负载调整，使得变压器在合理的经济运行范围内(75%～85%)，进而实现主动的负荷控制，起到移峰填谷及平稳负荷运行的节能目标。

2.2 利用新型智能断路器进行负载管理

以本课题研究项目为例，利用新型智能空气断路器代替传统的空气断路器，同时被动性负荷低压配电回路配带有通讯功能的塑壳断路器且带有可重合闸的电动操作机构，其供电系统示意图及负荷控制系统图分别如图5～6所示。

图5 新型智能断路器控制系统供电系统示意图

由图5～6可以看出，此智能控制系统是将通信元件集成在智能断路器的电子脱扣器中，因此，既不需要搭建复杂的控制系统，也不需要专门编辑软件程序执行。其功率控制器的算法为：计算→同步→评估→负载管理。算法基于瞬态功率P，通过判断P/COSφ*SNT<75%是否满足要求，若满足要求，控制器便会按照用户定义的通电优先级远程控制电路运行，可由用户按照确定的时间间隔进行设定；当主断路器的功率P满足P/COSφ*SNT>85%时，控制器同样也按照用户定义的断电优先级远程控制电路运行，使断路器的瞬态功率回到限值以内。

通过以上两种方案可以看出，在不改变现有变压器投运容量的情况下，采取上述两种智能控制方案都可以切换被动性负荷的投入运行，使得变压器在合理的经济运行范围内，从而实现主动的负荷控制，起到移峰填谷及平稳负荷运行的节能目标。但是第二种方案相较于第一种方案进行负载管理的缺点在于，若采用此种控制方案，当负荷波动频繁时，低压配电柜内断路器会进行多次操作，从而会缩短相关设备的寿命，对系统的安全造成威胁，难以达到预期效果。而第一种方案则是通过智能化一体柜控制系统内智能模组实现负载回路的投切，对低压配电柜内断路器寿命无影响，可更好地实现变压器长期经济、安全运行。

3 实验分析

在实际设计过程中，除了对智能设备厂家提出基本的控制需求(如负荷投切负载率限值、投切优先级)外，还需要对最优巡检周期提出相应要求。故根据校方多年运行经验及现场采集的各个时间段的基础用电负荷负载使用情况，巡检周期T分别按10min、15min、20min进行模拟分析，其结果分别如图7～9所示。考虑到巡检周期若为5min，负荷投切频率较高，对设备寿命及负荷稳态运行有较大影响，故此项目不作考虑。

图7 巡检周期T=10min的变压器负载率

图9 巡检周期T=20min的变压器负载率

经过模拟分析得出，新增加热系统按优先级全部投切用时见表2。同时，由图7～9可以看出，当巡检周期T=10min时，变压器出现短时过载的时间最短，故10min为最优巡检周期。

新增加热系统在不同巡检周期下全部投切用时 表2

在此基础上，笔者所在团队综合考虑校方淋浴池加热系统实际使用情况，对淋浴池加热系统运行时间进行干预，即在早高峰(6:00～8:00)和晚高峰(16:30～22:00)用电时间段不投入运行，在此情况下进一步模拟分析，其结果见图10。

由图10可以看出，在巡检周期T=10min时，对淋浴池加热系统运行时间进行干预后，变压器出现短时过载的时间缩短，且基本运行在经济、合理状态。至此，对智能设备厂家可以提出较为全面的技术参数。

图10 巡检周期T=10min下对淋浴池加热系统运行时间进行干预的变压器负载率

4 结束语