非晶合金電力變壓器在配網(wǎng)中的的節(jié)能與經(jīng)濟運行

楊柳 馮穗媛

摘要：介紹現(xiàn)階段我國仍存在的電力變壓器的使用誤區(qū)，非晶合金變壓器的特點，研究其節(jié)能效應(yīng)，利用TOC 法進行技術(shù)經(jīng)濟分析，運行效益分析。

關(guān)鍵詞：非晶合金電力變壓器；節(jié)能；經(jīng)濟運行

1.電力變壓器的使用誤區(qū)

據(jù)統(tǒng)計，全國發(fā)電量中城市配電網(wǎng)消耗約80%的電量，其中10kV公用配電網(wǎng)絡(luò)供電占70%[1]?！笆晃濉薄豆?jié)能型變壓器現(xiàn)狀調(diào)查》中指出：“我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)總發(fā)電量的10%左右，如損耗每降低1%，每年可節(jié)約上百億度電。變壓器的節(jié)能降耗已是勢在必行。”

而目前許多企業(yè)仍采用傳統(tǒng)思維選擇及使用配電變壓器，造成巨大電能損失，表現(xiàn)在：

（1）只更新?lián)p壞的老舊設(shè)備；

（2）只關(guān)心一次性投資，忽略能耗及年運行費用等因素；

（3）由小容量代替大容量變壓器，誤認為負載率越高，損失電能越少。

（4）針對電網(wǎng)的繳費標準，使變壓器超負荷運行以減少基本容量電費。

選用低能耗、高效率的節(jié)能型變壓器是節(jié)能的重要手段。它能減少空載時由漏磁損耗、勵磁電流產(chǎn)生的鐵損和負載時由負載電流在變壓器線圈電阻上產(chǎn)生的損耗。

2.非晶合金電力變壓器簡介

它是采用非晶合金鐵心而得名，其突出特點是鐵磁損耗低、硬度高、剪切困難、單片厚度極薄、材料表面不平坦、鐵心填充系數(shù)低、不能承力等特點。采用特殊的單相卷鐵心組成三相五柱式結(jié)構(gòu)，單臺最大容量一般不超過1600 kVA。

3.非晶合金電力變壓器的節(jié)能分析[2]

非晶合金電力變壓器最突出的優(yōu)勢是空載損耗及空載電流特別低，其空載損耗只有S7的20%、S11的40%，甚至更少。其空載損耗及電流只有S9的25%左右，負載損耗也只有S9的75%左右，節(jié)能指標非常好。

一臺500 kVA的SBH16非晶合金電力變壓器運行1年后比S9硅鋼變壓器節(jié)約能耗約9.4 kWh，節(jié)省3.76 t煤。等同于每年減少排放粉塵0.96 t，CO2 2.572×10 -3 t，SO2 7.970×10 -2 t，NO23.470×10-2 t。目前我國在用的配電變壓器近500萬臺，若全部改為SBH16型變壓器，每年增加凈化空氣的森林面積可達34 689 km2。

4.非晶合金電力變壓器的經(jīng)濟效益分析

4.1總擁有費用分析

電力行業(yè)標準DL/T 985-2005《配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟評價導(dǎo)則》中提出的總擁有費用法（TOC），能夠全面表達變壓器的綜合費用。總費用簡化計算：

4.2 年運行費用分析

變壓器在不同負載率下的年運行費用是其年綜合損耗與相應(yīng)電價的乘積。年綜合損耗計算如下：

4.3 選擇電力變壓器的經(jīng)濟容量

合理選擇變壓器容量，使變壓器運行于最佳負載率附近，是提升變壓器的技術(shù)經(jīng)濟效益及節(jié)能的根本措施。通常變壓器在50～100%額定負載下運行效率較高。先計算滿足負荷需要最小容量，對相近容量綜合比較，總擁有費用最低的變壓器容量作為經(jīng)濟容量。

5. 節(jié)能變壓器的推廣分析

5.1 400kVA非晶合金電力變壓器經(jīng)濟效益分析

目前電網(wǎng)供城市生活用電的400kVA配電變壓器容量占比約75%，因此以400kVA配變?yōu)槔M行分析[3]。推廣方式上主要分為兩類：電網(wǎng)新增配變的增資性項目；電網(wǎng)配變技改更換項目。

400kVA容量不同系列10KV變壓器參數(shù)如下：

空載損耗：920 W（S7）、800 W（S9）、570 W（S11）、200 W（SH15非晶）；

負載損耗：5800 W（S7）、4300 W（S9、S11、SH15非晶）；

短路電壓：4%（S7、S9、S11、SH15非晶）；

空載電流：1%（S7、S9、S11）、0.5%（SH15非晶）。

（1）電網(wǎng)新增配變的增資性項目

新增項目，采用TOC法決策是否新投SH15非晶合金電力變壓器。用電性質(zhì)為城市生活；運行年限n：20年；年貼現(xiàn)率i：7%；現(xiàn)值系數(shù)Kpv：10.594；平均購電成本Een：0.6672元/kWh；年增幅3%；年帶電小時數(shù)Hpy：8760h；年最大負載利用小時數(shù)Tmax：2500h；功率因素：0.9；年最大負載損耗小時數(shù)τ：1250h；變壓器負載率βo：0.4。按式（1）計算各備選型號變壓器的TOC值如下：

參考報價：38250元（S7）、40190元（S9）、49060元（S11）、58700元（SH15非晶）；

TOC 值：99781元（S7）、934423元（S9）、88126元（S11）、76133元（SH15非晶）；

相對最佳方案TOC差值：23648元（S7）、17290元（S9）、11933元（S11）、0元（SH15非晶）；

最佳方案的回收年限h：4.9年（S7）、5.6年（S9）、4.7年（S11）。

由以上數(shù)據(jù)可知，選用SH15型變壓器的TOC值最小，較S7、S9、S11型TOC值分別節(jié)省23648、17290、11933元。但初始采購費用較高，比其他系列高出至少20%。SH15每年支出的線損費用少。以20年經(jīng)濟運行年限看，SH15為綜合經(jīng)濟效益的最佳方案，較S7、S9、S11的回收年限分別為5年左右。

（2）電網(wǎng)配變技改更換項目

更換項目，主要以運行15年以上的變壓器為技改目標，按式（3）計算各備選型號變壓器的年運行費用，得出最省錢的方案。如表1所示：

由表1可知，變壓器的年運行費用與負載率成正比。負載率相同，S7年運行費用最大，其次是S9，再次是S11，SH15最小。SH15較S7的年節(jié)省運行費用與負載率成正比，即負載率越高，更換SH15后節(jié)省的年運行費用越大。對S9與S11，更換SH15后節(jié)省的年運行費用與負載率無關(guān)，為固定值。

5.2 400kVA非晶合金電力變壓器推廣方案

綜上所述，對電網(wǎng)推廣的最佳方案如下：

（1）新增配變的增資性項目，選用SH15非晶合金電力變壓器。

（2）配變技改更換項目，以投運15年以上的變壓器為技改目標。不同系列變壓器，應(yīng)優(yōu)先更換S7系列，再是S9系列，最后是S11系列。同一系列的變壓器，若為S7系列，應(yīng)優(yōu)先更換負載率高的變壓器；S9與S11系列則不受此限，可按常規(guī)技改原則進行調(diào)換。

（3）負載率偏低（20%-30%）的配電臺區(qū)，優(yōu)先考慮新裝或更換SH15非晶合金電力變壓器。負載率過高甚至過載的配電臺區(qū)，不宜使用SH15，可考慮更換后再增設(shè)一臺分擔(dān)負荷。

參考文獻：

[1]閻志華：10kV配電線路故障及預(yù)防措施探討[J]，廣東科技，2011，（20），90

[2]張祥：非晶合金變壓器節(jié)能效應(yīng)分析[J]，農(nóng)業(yè)科技與裝備，2012，（12）53-55

[3]茅建華：非晶合金變壓器節(jié)能經(jīng)濟效益分析[J]，上海電力學(xué)院學(xué)報，2005，（21），177-180