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Asia-Pacific Research Forum

  • 主办单位: 
    未來中國國際出版集團有限公司
  • ISSN: 
    3079-3645（P）
  • ISSN: 
    3079-9945（O）
  • 期刊分类: 
    人文社科
  • 出版周期: 
    月刊
  • 投稿量: 
    4
  • 浏览量: 
    585

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光伏发电项目35kV箱变经济运行分析

Economic Operation Analysis of 35kV Box-Type Transformers in Photovoltaic Power Generation Projects

发布时间：2026-04-15
作者: 杨继波 :华电金上昌都新能源有限公司 西藏昌都;
摘要: 针对西藏地区某220kV光伏发电项目800台35kV箱变夜间空载运行损耗偏高、下网用电成本居高不下，且停运箱变会因UPS电量耗尽丧失箱变状态监视能力的双重技术与经济难题，本文将断路器操作电源优化为交流220V制式，精准核算UPS核心负载功率，系统统计箱变夜间空载工况下的年损耗电量及下网电费支出，提出以单条35kV集电线路为独立运行单元，配套新建35kV/0.4kV油浸式变压器的箱变经济运行优化方案。方案采用新建变压器与箱变原有UPS母线互投供电模式，实现光伏发电时段箱变自供电、夜间停运时段新建变压器专供UPS负载，既规避箱变夜间空载损耗，又保障光伏区监控对箱变状态的持续监视。经核算，单条集电线路配套新建变压器最优容量确定为5kVA，项目实施后全年可规避空载损耗电量759.2万kW・h，累计节约下网电费531.44万元，大幅降低项目整体运维成本。该方案适配高海拔光伏项目运行需求，可为同类项目箱变经济运行提供参考。
Abstract: Aiming at the dual technical and economic problems of a 220kV photovoltaic power generation project in Xizang, namely high no-load loss of 800 sets of 35kV box-type transformers at night, high power purchase cost from the grid, and loss of box-type transformer status monitoring capability due to UPS power exhaustion when the transformers are out of service, this paper optimizes the circuit breaker operating power supply to AC 220V, accurately calculates the power of UPS core loads, systematically counts the annual power loss and grid power purchase cost of box-type transformers under no-load operation at night, and puts forward an optimization scheme for economic operation of box-type transformers. The scheme takes a single 35kV collector line as an independent operation unit and is equipped with a newly built 35kV/0.4kV oil-immersed transformer. A mutual switching power supply mode between the newly built transformer and the original UPS bus of the box-type transformer is adopted to realize self-power supply of the box-type transformer during photovoltaic power generation periods and exclusive power supply of UPS loads by the newly built transformer during night shutdown periods. This scheme not only avoids the no-load loss of box-type transformers at night, but also ensures continuous monitoring of box-type transformer status for the monitoring system in the photovoltaic area. After calculation, the optimal capacity of the newly built transformer matched with a single collector line is determined as 5kVA. After the implementation of the project, the annual avoided no-load power consumption can reach 75,920 MWh, and the total saved grid power purchase cost is 5.3144 million yuan, greatly reducing the overall operation and maintenance cost of the project. The scheme adapts to the operation requirements of high-altitude photovoltaic projects and can provide a reference for the economic operation of box-type transformers in similar projects.
关键词: 光伏发电工程；35kV箱式变压器；经济运行模式；空载损耗；UPS 负载
Keywords: photovoltaic power generation engineering; 35kV box-type transformer; economic operation mode; no-load loss; UPS load

引言

当前我国光伏产业正朝着高质量、规模化方向快速发展，35kV箱变作为大型220kV光伏发电项目的关键电气一次设备，主要承担逆变器电能汇聚、电能输送及升压并网的核心职能，设备运行的稳定性与经济性对项目整体收益具有直接影响。该类箱变高压侧通常配置负荷开关或断路器，低压侧适配框架式断路器，操作及测控电源取自箱变低压侧辅助变，失电工况下由UPS保障核心负载供电，UPS额定供电时长2h，负载包含箱变高/低压侧断路器操作电源、测控电源、微型纵向加密装置及逆变器数采设备。本光伏项目坐落于西藏某地区，共计配置800台35kV箱变，单台箱变额定容量3.3MW，设备空载损耗为2kW。因夜间无光伏出力，需从电网下网供电（19:00-次日08:00，时长13h/天）以保障次日逆变器正常并网，但夜间空载运行产生巨额下网电费；若夜间停用箱变，UPS电量耗尽后将丧失箱变状态监视能力，存在运维及并网安全隐患。为破解“安全监控保障”与“能耗成本降低”的核心矛盾，本文结合项目单条集电线路下辖8台箱变的实际配置情况，核算UPS负载功率并确定新建变压器容量，设计针对性经济运行方案，为高海拔光伏项目设备优化运行提供技术支撑。

1 项目核心问题及基础参数核算

1.1 项目核心矛盾梳理

经济层面矛盾：800台箱变夜间处于空载运行状态，需连续13h从电网下网取电，年损耗电量与电费支出规模较大，大幅抬高了项目运维成本；

安全层面矛盾：夜间停运箱变虽可规避空载损耗，但UPS仅具备2h应急供电能力，电量耗尽后无法实现箱变状态实时监视，不符合光伏电站安全运维相关规范要求；

供电核心要求：箱变首次送电工况下，UPS需为断路器及测控设备提供稳定可靠供电，确保断路器正常分合闸操作及电气保护功能有效投运。

1.2 基础参数明确

箱变参数：总计800台35kV箱变，单条集电线路含8台；单台额定容量3.3MW，空载损耗2kW；夜间下网供电时段19:00－次日08:00，持续时长13h/天；

电价参数：依据西藏自治区人民政府办公厅印发的《关于进一步优化调整全区上网电价和销售电价引导降低社会用电成本的通知》相关要求，丰水期下网电价0.67元/kW・h，枯水期下网电价0.73元/kW・h，按丰枯水期各6个月（182.5天）核算；

UPS负载参数：箱变高/低压侧断路器合闸线圈电阻232Ω，操作电源为交流220V；微型纵向加密装置功耗50W；逆变器数采功耗110W；

新建变压器技术要求：额定变比35kV/0.4kV，采用油浸式结构；高压侧配置负荷开关与熔断器组合保护，低压侧装设框架式断路器；与原有UPS负荷侧母线设互投开关，专供8台箱变UPS负载夜间供电。

1.3 UPS负载功率精准核算（核心用于变压器容量计算）

UPS负载可划分为断路器短时操作负载与设备持续运行负载两大类别，本次核算先以单台箱变为基本单元开展，8台箱变负载总和为新建变压器容量选型依据，具体核算如下：

断路器合闸线圈功率（AC220V）：根据欧姆定律(P=U2/R)，单台断路器合闸线圈功率(P1=2202/232≈207.76W)；箱变高、低压侧各1台断路器，总操作功率(P1总=207.76×2=415.52W)；

持续运行负载功率：微型纵向加密装置（50W）+逆变器数采（110W），合计(P2=160W)；

单台箱变UPS总负载功率：P单=P1总+P2=415.52+160=575.52W（取整576W，合闸为短时冲击负载，不计入持续负荷）；

单条线路8台箱变UPS总负载：P总=576W×8=4608W≈4.61kW；

新建变压器容量确定：考虑1.2倍运行冗余系数，变压器计算容量(S=P总×1.2≈5.53kVA)，结合电力设备标准容量系列等级，最终确定新建35kV/0.4kV油浸式变压器容量为5kVA，能够完全满足持续供电需求及断路器短时冲击负载供电需求。

2 箱变夜间空载运行年损耗及电费核算

为保障核算数据的精准性与呈现直观性，本次核算选取单台箱变、单条集电线路（8台箱变）、项目整体（800台箱变）三个维度展开，统一按照丰水期、枯水期各182.5天，夜间下网供电13h/天的标准核算，核算数据均精准保留2位小数，详细数据详见下文表1、表2。

2.1 箱变夜间空载损耗电量精准核算表

表135kV箱变夜间空载年损耗电量核算表
核算维度 单台箱变 单条集电线路（8台） 项目整体（800台） 核算公式 备注
单台空载损耗（kW） 2 2 2 — 设备固定损耗值
夜间供电时长（h /天） 13 13 13 — 19:00-次日08:00
单日空载损耗电量（kW・h/天） 26.00 208.00 20800.00 单日损耗=单台损耗×供电时长×台数 精准保留2位小数
丰水期损耗电量（kW・h/年） 4745.00 37960.00 3796000.00 丰水期电量=单日电量×182.5天 丰水期182.5天
枯水期损耗电量（kW・h/年） 4745.00 37960.00 3796000.00 枯水期电量=单日电量×182.5天 枯水期182.5天
年总损耗电量（kW・h/年） 9490.00 75920.00 7592000.00 年总电量=丰水期电量+枯水期电量 合计759.2万kW・h

2.2 箱变夜间空载下网电费精准核算表

表235kV箱变夜间空载年下网电费核算表
核算维度 单台箱变 单条集电线路（8 台） 项目整体（800台） 核算公式 核算依据
丰水期电价（元/kW・h） 0.67 0.67 0.67 — 西藏地区政策文件
丰水期年电费（元/年） 3179.15 25433.20 2543320.00 丰水期电费=丰水期电量×丰水期电价 精准保留2位小数
枯水期电价（元/kW・h） 0.73 0.73 0.73 — 西藏地区政策文件
枯水期年电费（元/年） 3463.85 27710.80 2771080.00 枯水期电费=枯水期电量×枯水期电价 精准保留2位小数
年总下网电费（元/年） 6643.00 53144.00 5314400.00 年总电费=丰水期电费+枯水期电费 合计531.44万元

3经济运行解决方案设计及效益分析

3.1解决方案核心设计

以单条35kV集电线路作为独立运行单元，为每个单元配套1台5kVA、额定变比35kV/0.4kV的油浸式变压器，完善开关保护与互投装置，实现箱变自有电源与新建变压器电源的分时切换供电，具体设计如下：

电气配置：新建变压器高压侧接入本单元35kV集电线路，配置负荷开关与熔断器组合保护，实现短路、过载保护；低压侧装设框架式断路器，接入8台箱变UPS负荷侧母线，母线处增设互投开关，与原有UPS低压侧负荷开关形成互投逻辑，保障供电无间断；

运行方式：①光伏出力时段（08:00-19:00）：互投开关切换至箱变供电侧，UPS母线由箱变低压侧辅助变供电，新建变压器处于热备用状态；②夜间停运时段（19:00－次日08:00）：拉开箱变高/低压侧开关，箱变停运，互投开关切换至新建变压器供电侧，由新建变压器专供UPS负载，保障监控设备持续运行。

3.2解决方案核心效益

经济效益显著：箱变夜间停运彻底规避空载损耗，单条线路年节约电量75920kW・h、节约电费53144元；项目整体年节约电量759.2万kW・h，节约电费531.44万元，新建变压器的初期设备投入成本可在1-2年内通过节约的电费全额收回；

安全保障到位：新建变压器全天候供电，有效突破UPS仅2h应急供电的限制，夜间可全程保障UPS负载稳定运行，光伏区监控可实时监视箱变状态，消除安全运维隐患；

设备寿命延长：箱变夜间停运减少空载运行时长，减缓设备绝缘老化速度及部件损耗程度，有效延长箱变设备的使用寿命，减少检修维护频次及成本；

适配高海拔场景：5kVA变压器容量小、占地少，油浸式结构耐低温、抗恶劣环境，能够适配西藏地区高海拔、昼夜温差大的恶劣运行条件，设备运行可靠性较强。

3.3方案可行性验证

容量可行性：新建5kVA变压器额定功率远高于8台箱变UPS总负载4.61kW，可稳定承载持续运行负载及断路器合闸阶段的短时冲击负载，不存在过载运行风险；

供电可行性：互投开关实现无缝切换，无供电中断间隙，满足箱变首次送电、正常运维的电源需求，保障供电连续性；

技术可行性：方案仅需新增小型变压器及互投开关，无需对箱变原有电路进行改造，施工难度较低，施工工期较短，适配项目现有设备布局。

4结语

针对西藏高海拔地区光伏项目35kV箱变夜间空载损耗偏高、安全运行与经济运行矛盾突出的实际问题，本文将断路器操作电源优化为交流220V，通过精准核算UPS负载功率，确定单条集电线路配套新建35kV/0.4kV油浸式变压器的最优容量为5kVA，设计“箱变－新建变压器”分时互投切换供电的箱变经济运行优化方案。该方案成功破解核心矛盾，既实现800台箱变夜间空载损耗的完全规避，年节约下网电费531.44万元，又保障了UPS负载24h稳定供电，实现箱变状态全程监视。

本方案具有投入少、收益高、可靠性强的特点，适配西藏丰枯水期电价政策及高海拔运行环境，同时为箱变设备延寿降本提供了有效路径。后续可进一步优化新建变压器的现场布点与选址方案，缩短供电线路距离，降低线路传输损耗；探索变压器智能启停控制技术的应用，进一步提升该运行方案的自动化与智能化水平，最大化项目经济效益。该运行模式可为国内同类大型光伏项目的箱变优化运行提供宝贵经验，对推动光伏产业降本增效、实现绿色高质量发展具有重要的现实应用意义。

参考文献：

  1. [1] 住房城乡建设部关于发布国家标准《光伏发电站设计规范》局部修订的公告[J].工程建设标准化,2025(11):54-84.
  2. [2] 西藏自治区人民政府办公厅关于进一步优化调整全区上网电价和销售电价引导降低社会用电成本的通知[J].西藏自治区人民政府公报,2023(11):1-10.
  3. [3] 全国变压器标准化技术委员会(SAC/TC44).油浸式电力变压器技术参数和要求:GB/T6451-2023[S].北京:中国标准出版社,2023.
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