中壓配電變壓器經濟容量的改進TOC法研究

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第38卷第6期2010年6

月V o.l38N o.6 Jun.2010

李維萍，張弛，王賽一

(上海市電力公司市區供電公司，上海200080)

摘要：打破傳統配變經濟容量選擇時僅對單一配變進行分析的研究方式，提出將支出費用與收入的比值做為最終總擁有費用(TOC)的新方法，直觀反映配變建設、運行的經濟效益對其經濟容量確定的影響，將計算范圍拓展為研究區域內中低壓配電網整體，綜合分析和計算各個方案的TOC值得出最優方案，并

以上海中軒麗苑小區中壓變壓器容量配置為例，用改進TOC法進行分析計算，最終得出該小區箱變和P型站的遠景經濟配變容量，改建TO C法對中壓配電變壓器最優經濟容量配置研究具有一定的參考意義。

關鍵詞：配電網；配電變壓器；經濟容量；總擁有費用(TOC)法

作者簡介：李維萍(1960-)，女，工程師，從事電力系統計劃投資工作。

中圖分類號:TM421文獻標志碼:B文章編號:1001-9529(2010)06-0890-04

St udy on Econom ica lC apacit y ofMV Transfor m ers Bad on I m proved TOC M et hod

LI W ei-p ing,Z H AN G Chi,W ANG Sai-y i

(U rban Pow er Supply Co m pany,S M EPC,Shangha i200080,Ch i na)

Ab stract:T o break the trad iti onal rearch m ethods o f on l y analyzi ng t he sing le d istri buti on and transfor m er i n choo-si ng the distri buti on transforme r econom ic capac ity,an i m proved TOC m ethod o f tak i ng the ratio o f the cost and t he revenue as the fi na lTOC v al ue w as propo d,w hich i ntu iti ve l y re flected the e ffects of t he construction and operation econo m ic bene fits of the

d i str i bu tion transfor m er on the de ter m i nati on o f its econo m i c capacity.M oreover,when ex-tend i ng the computati on scope to the who leM V/LV d i str i bution net w ork i n a reg ion st udied,t he i m proved m ethod w as appli ed for comprehensive l y ana lyzi ng and calcu lati ng the TOC va l ue o f each schem e to ob tain t he opti m al one.T ak-i ng the capacity a lloca ti on o f the M V d istri buti on in Shangha iX uan li district as an exa m ple,t he i m proved TO C m eth-od w as ud to do t he ana l ysis and ca lcu l a tion and t he prospect econom i ca l capac ity o f t he distri buti on transfor m ers for the WX and P sty le substati on i n th i s d i str ict were obtained.T he i m proved TOC m ethod can a lso be ud as a refer-ence f o r study i ng the opti m a l econom i c capac ity a llocati on ofM V transf o r m ers.

K ey w ords:d istri buti on net w ork;transfor m er;econom i c capac ity;TOC m ethod

在配電網中，配電變壓器是電力系統末端配電網的主要配電設備，不同額定容量的配電變壓器經濟運行參數不同，所組成變電站的經濟容量將不同。在分析和評價配電變壓器經濟性時，傳統常用總擁有費用(TOC)法，通過計算配變初始投資和配變經濟使用年限內的電能損耗費用，得出總擁有費用最低的方案，從而選擇出配電變壓器的最優容量和型號。但傳統TOC法只計算變壓器總支出費用，并沒有考慮投資收入對經濟配變容量分配的影響。此外，傳統TOC法僅限于對單臺變壓器進行分析，沒有從配網整體上分析變壓器最優經濟容量。本文對傳統TOC法進行優化和改進，提出將支出費用與收入的

比值做為最終TOC值的方法，并將計算范圍由單一的配電變壓器拓展為研究區域內中低壓配電網整體，通過整體分析確定每臺新增中壓配變的最優經濟容量。以上海中軒麗苑小區中壓變壓器容量配置為例，給出了該小區的遠景經濟配變容量。

1基于改進TOC法的中壓配變經濟容量研究

1.1傳統T OC法簡介

總擁有費用(TOC)法是建筑電氣設計時分析和評價配電變壓器經濟性的傳統方法。方法中TOC值為配變初始投資與配變經濟使用年限內的電能損耗費用，根據不同型號、不同容量的配電變壓器TOC值的計算結果，按綜合支出費用最低來選擇最優的配電變壓器容量和型號。傳統的總

李維萍，等中壓配電變壓器經濟容量的改進TO C 法研究0891

擁有費用(TOC )法是分析單臺配變的經濟性成熟的方法，但在實際應用過程中，該方法存在一定的不足:

(1)計算范圍僅為配電變壓器本身，并沒有考慮由于配變容量、所選用的配電站形式(如KT 型站、PT 型站、W X 型站)及其電網接線模式的差異所引起的投資變化;

(2)僅計算了配電變壓器的支出費用，沒有考慮在不同支出費用情況下的收入變化，無法給出不同配變容量的經濟效益。同時配變投資的經濟性與其所供負荷有直接關系，負荷越大，配變建設投資支出越大，但所產生的電量收入也可能增大，因而單純從配變建設、運行的支出費用分析配變的經濟效益問題存在片面性。1.2 改進的T OC 法1.2.1 改進TOC 法的實施思路

針對傳統TOC 法存在的缺陷，在中壓配電變壓器組選型時對TOC 法進行如下改進:

(1)計算范圍由單一的配電變壓器調整為研究區域內中低壓配電網整體，具體與研究區域供電配套方案的投資計算范圍相一致;

(2)不僅考慮電網建設、運行的支出費用，而且考慮電網收入對變壓器選型的影響，即將投資支出費用和電網收入的比值做為TOC 值，直觀反映配變建設、運行的經濟效益。

影響TOC 支出、收入的因素如圖1所示，圖1

中所有費用均指年度費用。

圖1 改進TOC 法中支出、收入組成

改進后TOC 值的算法

TOC =1

R =

C +M +W T +W N R

(1)

式中 I )))支出費用;

R )))電網收入;

C )))研究區域低壓配電網年設備投資;M )))設備維護費用;W T )))配變損耗費用;W N )))線路損耗費用。

1.2.2 改進TOC 法相關參數計算

(1)支出費用計算

支出費用包括研究區域中低壓配電網初投資、配變變損、線路線損和運行維護費用。

1)電網初投資

電網初投資

C =C T +C N =

e T +e N

(2)

式中 C )))研究區域低壓配電網年設備投資，萬元/a ;

C T )))K 型站、P 型站、W X 型站年投資，萬元/a ;C N )))中低壓線路年投資，萬元/a ;

e T )))K 型站、P 型站、W X 型站總投資，萬元;e N )))中低壓線路總投資，萬元;

t )))電網設備的經濟使用年限，取為20a 。

2)維護費用計算維護費用

M =A C

(3)

式中 M )))典型小區電網設備維護費用;

A )))電網設備維護費用率，取0.03(該值取自輸變電工程后評價中現狀調研數據)。

3)配變損耗費用

配變的損耗為其綜合功率損耗，包括綜合功率空載損耗和綜合功率負載損耗。

變壓器綜合功率空載損耗

P 0Z =P 0+K Q Q 0=P 0+K Q I 0%S N @10

-2

(4)

式中 P 0Z )))變壓器綜合功率空載損耗,k W;

P 0)))變壓器空載損耗,k W;K Q )))無功經濟當量,k W /kvar ;I 0)))變壓器空載電流百分數;S N )))變壓器額定容量,k VA 。

與變壓器綜合功率空載損耗相應的配電變壓器單位空載損耗資本費用系數

A =E e T 0

(5)

式中 A )))變壓器年內單位空載損耗的資本費用，元/k W;

T 0)))變壓器年帶電小時數，通常取8760h ;E 0)))單位電度電費(上海市居民平均電價)，取

0.52元/k W #h 。

變壓器綜合功率額定負載損耗

P KZ =P K +K Q Q K =P K +K Q U k %S N @10

-2

(6)

式中 P K Z )))變壓器綜合功率的額定負載功率損耗,

k W;

P K )))變壓器額定短路損耗,k W;U K )))變壓器短路電壓百分數。

08922010,38(

與變壓器綜合功率額定負載損耗相應的配電變壓器單位負載損耗資本費用系數B

B =E e SB

(7)

式中 B )))變壓器年內單位額定負載損耗的資本費用,

元/k W;

S )))變壓器年最大負荷損耗小時數,h ;B )))變壓器的最高負載率。

綜上，配變年運行損耗費用W T

W T =AP 0Z +BP KZ (8)

4)線路損耗費用線路損耗費用W N

W N =(中壓線路損耗電量+低壓線路損耗電量)@電價E e

(9)

其中，中壓線路損耗電量

$Q 中=3I 2

rL S

(10)

式中 I )))線路平均最大電流;

r )))每k m 電阻;L )))線路長度;

S )))線路年最大負荷損耗小時數。

低壓線路損耗電量

$Q 低=3I 2

rL S

(11)

(2)改進后TOC 法的收入計算1)售電收入R

R =QE e A

(12)

式中 Q )))理論售電量,k W #h ;

E e )))平均電價，取0.52元/k W #h ;

A )))收入比例，研究區域居民小區內中低壓配電網所占電價收入比例約為15%。

2)售電量Q

Q =PT max -L

(13)

式中 P )))為配變低壓側最大負荷,k W;

T m ax )))最大負荷利用小時數，在后文研究區域中

T m ax 取2100h ;

L )))低壓線路損耗電量,k W #h 。

2 算例分析

以上海中軒麗苑小區為例，應用改進TOC 法進行規劃計算，最終得出TOC 值最小的方案為推薦方案。2.1 中軒麗苑概況

中軒麗苑小區占地面積約4.6hm 2

，小區內現有1座容量為4@1000kVA 的K 型站(平愛站)和4臺500k VA 箱變。現狀采用全電纜單環網接線，電源均由平愛站引出，線路型號為YJ V-3

@240mm 2

。中軒麗苑現狀地理接線如圖2

所示。

圖2 中軒麗苑現狀地理接線圖

2.2 小區供電方案

配變經濟分析方案制定時統一采用區內1座K 型站，分別按箱變和P 型站的不同容量進行相應規劃。箱變(即WX 型站)的可選容量為400kVA 、500k VA 、630k VA,P 型站可選容量為500

kVA 、800kVA 。

(1)箱變供電方案

箱變方案采用400kVA 、500kVA 、630kVA

三種不同容量，負載率按照50%進行配置。K 型站統一采用2@800kVA 容量。不同容量產生的3種箱變規劃方案見表1。(2)P 型站供電方案

P 型站方案采用500k VA 、800k VA 兩種不同容量分別進行配置，配變負載率按照50%進行配

置,P 型站方案采用500kVA 時K 型站采用2@500kVA 容量,P 型站方案采用800kVA 時K 型站采用2@800kVA 容量，方案統計見表2。2.3 方案T OC 值對比

根據改進TOC 計算方法，結合各方案的投資及配置容量，得出不同容量配變方案下的TOC 值，進而得出TOC 值變化趨勢圖。小區箱變和P 型站配變TOC 值變化趨勢見圖3。由于開發商對小區的開發建設包括了小區房屋及相關配套設施(水電煤)的建設，居民住宅中公共電氣設備的最初投資由開發商承擔，因此，電力部門無需對小區

最初電力設施進行投資。因而考慮變電設備運行

生命周期為20a 、線路運行生命周期為70a ,TOC 值在計算中前20a 沒有計入初投資，從第21a 開始計入初投資,TOC 曲線可以在第21a 看出明顯

李維萍，等中壓配電變壓器經濟容量的改進TO C 法研究

0893

表1 各箱變方案中低壓電網統計

序號箱變容量/kVA 配電站數量線路長度/km

投資/萬元K 型站箱變/臺中壓低壓中壓

低壓總計14001座2@800MVA 9 3.263.041383300168325001座2@800MVA 7 3.163.19132232116433

630

1座2@800MVA 6

2.98

3.63

1234

364

1597

表2 各P 型站配變方案中低壓電網統計

序號P 型站配變容量/kVA 配電站數量

線路長度/km

投資/萬元K 型站P 型站/座中壓低壓中壓

低壓總計15001座2@500MVA 4 3.62.631484258174228001座2@800MVA 2 3.023.271324321164538001座2@1000M VA 2 3.023.27135432116754

8001座2@1250M VA 2

3.023.27

1384

321

1705

的突變。圖3中箱變和P 型站配變TOC 值變化

趨勢均反映了這個特點。

圖3 中軒麗苑TOC 值變化趨勢圖

從圖3還可以看出：不同容量箱變下的TOC 值隨著變壓器容量增大而減小，容量為630kVA 的箱變方案TOC 值最優;P 型站不同配變容量下

的TOC 值隨著變壓器容量增大而減小，而且P 型站配變容量同為800kVA 時，采用不同配變容量的

K 型站時,K 型站容量的增加并未使小區內P 型站的數量相應減少，因此K 型站配變容量為800kVA 、P 型站配變容量為800kVA 的方案TOC 值最優。綜上所述，該小區最終推薦的最優方案為采用容量為630kVA 的箱變供電方案和采用P 型站配變容量為800kVA 、K 型站配變容量為800kVA 的P 型站供電方案。

3 結語

通過上海中軒麗苑小區配變經濟容量改進TOC 法的實際應用，給出該區域箱變和P 型站的遠景經濟配變容量，改進TOC 法對中壓配電變壓器經濟容量配置具有一定的參考意義。

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收稿日期:2010-04-08本文編輯：王志勝

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