孙 鹏 韩振起

(1.连云港沃利帕森工程技术有限公司（天津办公室）,天津； 2.天津市化工设计院，天津 300131 )

一、 概述

电力系统为满足化工生产装置供电安全的可靠性和经济性的，在变配电站扩建、建设等设计工作中，首先考虑的因素是根据变配电站的供电负荷的可靠性和供电性质来选择变压器的台数和容量。如果所选择的变压器容量过大，必然会增加相关设备的投资以及变压器本身的投资，造成不必要的设计浪费，例如变压器的购置和安装、变压器运行和维护时产生的投资；如果所选择的变压器容量过小，则必然无法满足供电的正常需求，如果使变压器长期都处于过载运行状态，那么会极易造成变压器的损坏，对供电的安全及可靠性造成重大影响；选择的变压器数量偏少，接线方式以及供电可靠性将无法达到要求，也必然会影响检修以及缺少必要的备用变压器；变压器数量选择太多则会增加配套设施投入，使变电站布置困难，同时会增加检修以及维护工作量。所以，如果变压器容量和数量选择合适，不但能在建设中节省很多一次性的投资，而且因为变压器合理的运行，从而减少相应的运行以及维护方面的一些费用。

本文将结合实际设计经验以及实际问题，讲述在变压器的台数和容量选择时应该遵守的原则以及变压器自身可靠并且安全运行的各种要求及其条件，全面考虑选择变压器台数和容量的时候需要考虑的综合因素，进而对变压器的台数和容量以及供电的负荷进行全面的效益以及安全性的分析。

二、选择变压器的容量以及台数时应遵循的基本原则

供电安全的可靠性和经济性主要影响因素就是变压器容量以及台数，另外它还是影响电网结构的主要因素。变压器在初始选择容量大小以及台数多少的时候往往由负荷的现状和增长的预期来决定，并且同时取决于以下几个因素：一次性建设投资的多少，周围的上一级电网或者电厂提供负载的能力，负荷本身对供电安全性以及可靠性的要求以及负荷本身的性质，变压器自身的单位容量的造价、电力系统的短路容量以及变压器自身安装以及运行的条件以及与之相连接的配电装置的技术和性能指标等等。近几年随着变压器制造技术的不断提高，变压器自身质量和安全运行水平大幅度提高；变压器空载损耗率大幅度下降，变压器经济运行负载率不断降低；国家节能减排政策鼓励企业展开经济运行工作；对于新建、扩建以及变压器容量增容的台数和容量的选择国家目前尚无明确具体的规定，也是随技术水平不断提高、不断完善的一个系统工程。一般根据设计经验并且结合相关规范，作者认为一般需要充分考虑的相关因素如下：

（1）变压器的额定容量必须满足所有供电区域内的全部用电负荷的安全可靠供电的需要，从而来避免变压器处在长期过负荷的状态下。对于新建变电站的变压器容量选择还需要满足企业的发展，进而考虑用电负荷的增长需要，以此来避免后期用电负荷增加时不必要的增容及扩建，也减少因为扩建增容造成的生产装置长时间停电；对于供电安全可靠性需求较高的变电站需要一次性投入两台变压器，每台变压器正常负载率最好不大于其额定功率的50%。

（2）对于用电负荷等级较高的生产装置变配电站，要考虑当其中某台变压器停电检修时或者是故障时，另外的变压器应该能在过负载能力允许的时间之内的情况下，满足对全厂的一级负荷以及二级负荷正常供电的需求。而对于一般的变电站，当所有变压器中存在一台变压器停运的情况时，其它变压器要有保证全部负荷的70%至80%的电力供应的能力。

（3）为了满足变电站对其自身运行方式的可靠性和灵活性要求，同时一起减少并方便备用容量的预留，满足方便检修以及维护的要求，进而满足变电站统一规范的需求，所以在选择变压器容量以及种类的时候应该尽量减少，基本上不可超过两种。并且对装置供电的一个变配电站中最好选择同一容量等级的变压器。

（4） 在一定的容量范围之内，容量增大会导致变压器的损耗降低，但因此节约的电费可能难以补偿初期投资费用的增加，因为与之配套的开关等设备的开断能力要求高，所以在选择变压器容量时还要考虑与其相关装置的一次性投资，执行国家颁发的相关降损节能政策。甚至是要进行经济运行方式计算。

三、 电力变压器经济运行应具备的条件和要求

（1） 新建变电站的分期建设，需要考虑负荷增长，先期只有一台变压器运行时，要结合全厂的最终规模确定变压器容量，最佳经济运行区域内的变压器在运行的时候，为75%以下，但是变电所短期不能进行扩建的话，变压器则不应该长时间处在满负荷运行的状态下。

（2）如果需要多台电力变压器并列运行的话，则需要对并联条件进行规范，每台变压器相位关系及其联结组别必须相同；每台变压器的变压比和电压必须要一样，同时偏差的运行程度也要相同，每一级电压在调压范围内相同；要防止二次绕组之间因为存在电动势差从而产生循环电流，影响容量输出甚至烧坏变压器；短路阻抗也需要尽量保持一样，一旦不一样的话则必须将其控制在10%的范围内；容量比则在0.5～2之间，从而才能均匀的分配全部负荷，并且容量小的那台变压器处于过载状态，而短路阻抗大和容量大的变压器欠载，短路阻抗的大小必须满足系统短路电流的要求，否则应采取限制措施。

（3） 正常状体下运行的变压器，其各个绝缘部件以及油的温度不应该过高，要尽量控制在变压器负载导则规定的温度限值内，尽量不要再高温下运行变压器，以此避免绝缘老化和加快而引起的变压器使用寿命的缩短和变压器损坏。也要防止变压器在过高温度运行时，引起的变压器自身损耗过大，影响变压器的输出效率，从而造成电能浪费。

（4） 如果变电站内装有备用电力变压器，应该选择综合功率损耗小（变压器的冷却功率计算在内）的变压器来运行，应该按照负载的变化规律来选择最佳组合运行方式，提高负荷率以及负载的功率因数，从而使变压器在最佳经济运行区域内。

（5） 单独一台电力变压器的经济运行区域平均负载系数为β，β的上限为1，下限为电力变压器的空载损耗/电力变压器的额定损耗，在最佳经济运行区优选段的平均负载系数，β的上限为0.75，下限为1.33。

（6）变压器经济运行只有在满足了安全可靠供电的前提条件下才可以考虑的，作为备用的变压器应具有自动投切装置，并且该装置是要安全并且可靠的，从而才能保证在主供电变压器故障时能够自动投入运行从而保证正常供电的继续。

（7）以并列运行方式共同运行的变压器，必须要对联络开关的额定遮断容量来进行准确的计算，以此来防止短路故障的时候因为开关额定遮断容量不足造成的故障点无法自动隔离。

四、 设计实例

江苏亚邦化工集团金囤农化生产基地，为我国最早的光气和农药双定点生产企业。占地面积5万m2，厂房建筑面积8万m2。根据化工企业单位面积用电负荷量，采用单位用电负荷统计计算法；每平米用电负荷取50kVA，本厂总计算用电量40MVA,但实际生产及办公用电要小于此计算量，所以在实际施工中采用单位数法加需要系数法相结合的方法，实际厂区用电量的确定为0.8x40MVA=32MVA是比较准确的。本厂区最终设置3处高压变电站，每站容量12000kVA,设置2000kVA变压器6台。实际运行变压器负荷率85%，即符合国家规范要求又为集团节省的不必要的建设费用。

结语

化工生产装置用电负荷与电力变压器容量和台数的选择关系会对生产装置经济和安全运行产生影响，会影响到产业的效率以及系统的安全性、综合性。因此变压器的选择必须根据电力变压器的固有属性，同时根据《电力变压器运行规程》，并且用《工矿企业电力变压器经济运行导则》为依据，进而进行更加全面的分析计算，综合考虑化工厂负荷发展规划，兼顾用电性质和对可靠性的要求，统筹全厂负荷的综合因素，全面发挥变压器的最佳经济运行节能指标，从而达到全厂负荷对于变压器容量和台数的统一和优化，实现企业供电安全和经济效益最大化。

[1]DL/T572-2010，电力变压器运行规程[S].

[2]GB-T13462-1992,工矿企业电力变压器经济运行导则[S].

[3]GB/T13499-2002，电力变压器应用导则[S].

[4]张广溢.电机学（第二版）[M].重庆：重庆大学出版社 ，2007.