配電変圧器の過負荷運転に関する分析と解決策
配電変圧器の過負荷運転の理由
監視方法の不合理さ
変圧器の運転中、その安全な運転を確保するために、変圧器の負荷が監視されます。現在、24時間体制で監視を行うことで、配電変圧器の平均負荷を得ることが一般的です。しかし、異なる時間帯での電気製品の需要や、企業内の稼働中の設備の消費電力と数量の違いにより、変圧器の負荷は変動します。
既存の監視システムは、異なる時間帯での負荷監視能力が低いため、電力企業が異なる時間帯における変圧器の負荷について深く理解することは困難です。変圧器の負荷が高すぎる場合、電力企業は関連する対策を講じて変圧器の負荷を減らすことができず、これが配電変圧器の過負荷運転につながります。
単一の変圧器の負荷が低い
一部の地域では、負荷計算のミスや変圧器の選択が適切でないことが原因で、配電変圧器が常に過負荷運転状態に陥る可能性があります。過負荷配電運転には主に以下の2つの状況があります：
1つ目は単一変圧器による供給モードです。このモードは単一の変圧器を使用して配電を行います。この配電方式において、単一の変圧器が負荷要件を満たせない場合、変圧器の過負荷運転につながります。これにより、配電の安定性が保てず、安全上の事故も起こりやすくなります。
もう1つは複数変圧器による供給モードです。現在、供給配電分野では、配電過程の安定性を確保するために複数の配電変圧器を運用する方式が主に採用されています。しかし、多くの電力企業はコスト削減のため、この方式で個々の負荷が比較的小さな複数の変圧器を使用し、接続後運用しています。このような場合、一つの変圧器が故障すると、全体の配電変圧器システムが過負荷運転状態になります。
設計された電力消費増加率が低い
変圧器の設計と選択において、その寿命を通じて常に正常な負荷下で運転できるよう、将来の電力消費増加率を見積もります。電力消費増加率の計算は重要な作業であり、地域計画や人口増加率について詳細な理解が必要です。しかし、中国が急速な発展期に入っているため、各配電エリアでの電力消費も急速に増加しています。電力消費の急増は主に以下の2つの要因によって引き起こされます：
1つ目は大容量電気製品の増加です。生活水準の向上に伴い、多くの家庭が大容量電気製品を購入しており、これは古い生活習慣とは全く異なります。古い生活習慣に基づいて電力消費増加率を計算・設計すると、徐々に配電変圧器の過負荷運転につながります。
もう1つは企業の電力消費の増加です。現在、多くの配電変圧器が様々な企業に電力を供給しています。しかし、新しい時代では、様々な企業が生産能力を増強しており、これが電力消費増加率を大幅に上昇させ、変圧器の過負荷運転につながります。
配電変圧器の過負荷運転の解決策
配電変圧器の並列運転
配電変圧器の過負荷運転の理由の1つは、単一の線路にかかる作業圧力が大きすぎることです。これを解消するため、並列運転を試みるべきです。複数の線路を独立して運転することで、単一の線路上での高圧力問題を避けることができます。配電変圧器の並列運転では、等しい定格電圧比、同じ相位順序、同等の電圧などを考慮する必要があります。また、並列接続される変圧器間の容量差はあまり大きくすべきではありません。
通常、最大の変圧器の容量が最小の変圧器の容量の3倍を超えることは推奨されません。例えば、400KVAの配電変圧器の場合、通常の状況では作業圧力は常に70〜80%の間を維持していますが、ピーク時の電力消費時には100%以上に達することもあります。有効電力は420KWとなり、最低負荷はわずか18%となります。
このような場合、315KVAの変圧器と200KVAの変圧器が並列で動作するモードに線路を再構築することができます。負荷レベルが低いときは、そのうちの1つを起動して動作させ、作業圧力が高いときは両方を同時に起動することで、並列状態で作業要件を満たしつつ経済的な運転を実現できます。
配電変圧器の並列運転
配電変圧器の過負荷運転の理由の1つは、単一の線路にかかる作業圧力が大きすぎることです。これを解消するため、並列運転を試みるべきです。複数の線路を独立して運転することで、単一の線路上での高圧力問題を避けることができます。配電変圧器の並列運転では、等しい定格電圧比、同じ相位順序、同等の電圧などを考慮する必要があります。
また、並列接続される変圧器間の容量差はあまり大きくすべきではありません。通常、最大の変圧器の容量が最小の変圧器の容量の3倍を超えることは推奨されません。例えば、400KVAの配電変圧器の場合、通常の状況では作業圧力は常に70〜80%の間を維持していますが、ピーク時の電力消費時には100%以上に達することもあります。有効電力は420KWとなり、最低負荷はわずか18%となります。
このような場合、315KVAの変圧器と200KVAの変圧器が並列で動作するモードに線路を再構築することができます。負荷レベルが低いときは、そのうちの1つを起動して動作させ、作業圧力が高いときは両方を同時に起動することで、並列状態で作業要件を満たしつつ経済的な運転を実現できます。
変圧器の容量拡張
変圧器の容量拡張は、変圧器の過負荷運転問題を解決する一般的なアプローチです。この方法では、各地域の既存の供給作業について包括的な分析と調査を行う必要があります。異なる時間帯、年、四半期、月ごとの電力消費量の変化、特にピーク時の電力消費量を理解することが必要です。
定期的なデータに基づいて平均値モデルを、ピーク時の電力消費量に基づいて特異値モデルを立てます。現在の変圧器の運転パラメータの最大値を線形制約として使用し、いくつかのパラメータ図を作成します。すべてのパラメータ図の包括的な分析を通じて、標準供給値と最大供給値を得ることができます。
これらの値は、既存の変圧器の運転パラメータと照合されます。標準供給値を最小値とし、最大供給値を上限として、基本的な容量拡張要件を決定することができます。
此基础上，通过收集当地过去10年的用电变化情况，假设这10年间的平均用电量增加了2%，则在基本扩容要求的基础上至少还需要增加2%的容量以满足供电需求。
過負荷変圧器の応用
配電変圧器の過負荷運転をより良く防ぐためには、過負荷変圧器の応用にも重要な注意を払う必要があります。これは、過負荷変圧器が1.5倍の定格容量条件下で6時間、1.75倍の定格容量条件下で3時間、2.0倍の定格容量条件下で1時間それぞれ連続運転できることから、配電変圧器の過負荷運転防止に強いサポートを提供します。
詳しく分析すると、普通の配電変圧器と比べて、過負荷配電変圧器は定格電流以上の電流を耐えられる必要があり、使用される絶縁材料はB級以上の絶縁耐熱等級基準を満たしていることがわかります。
過負荷変圧器を応用する際には、その絶縁等級に注意を払う必要があります。B級、A級、F級の絶縁を持つ過負荷変圧器は実際の応用において異なる特性を持ち、経済性にも大きな違いがあります。例えば、S13-M(F)-100/10GZ過負荷変圧器は巻き心型かつF級絶縁の過負荷製品であり、その絶縁材料の等級はF級です。
このモデルの過負荷変圧器に対して、巻線対地絶縁抵抗測定、電圧比測定、接続グループマーク決定、巻線抵抗測定、絶縁油試験、外部過電圧耐電圧試験、誘導過電圧耐電圧試験、短絡インピーダンスおよび負荷損失測定、空載電流および空載損失測定などの測定を行い、S13-M(F)-100/10GZ過負荷変圧器が各種仕様要件を満たしていることを確認することができます。
さらに、負荷耐久性試験と温度上昇試験の分析を通じて、このモデルの過負荷変圧器が性能上の優位性を持っていることが証明できます。詳しく分析すると、F級絶縁を持つS13-M(F)-100/10GZ過負荷変圧器はコストが低く、一般的には従来の配電変圧器と同じ負荷要件を満たすことができます。
S13-M(A)-100/10GZ過負荷変圧器と比較すると、S13-M(F)-100/10GZ過負荷変圧器の定格容量と外形寸法は、従来の配電変圧器製品に近いです。F級絶縁は高い耐老化性と耐熱性を持ち、これによりS13-M(F)-100/10GZ過負荷変圧器は高温安定性、機械的特性、耐老化性、交流閃絡時の破壊電圧の上昇速度において著しい優位性を持っています。これにより、配電変圧器の寿命が良好に保証されます。
