非晶合金电力变压器在配网中的的节能与经济运行

杨柳 冯穗媛

摘要：介紹现阶段我国仍存在的电力变压器的使用误区，非晶合金变压器的特点，研究其节能效应，利用TOC 法进行技术经济分析，运行效益分析。

关键词：非晶合金电力变压器；节能；经济运行

1.电力变压器的使用误区

据统计，全国发电量中城市配电网消耗约80%的电量，其中10kV公用配电网络供电占70%[1]。“十一五”《节能型变压器现状调查》中指出：“我国变压器的总损耗占系统总发电量的10%左右，如损耗每降低1%，每年可节约上百亿度电。变压器的节能降耗已是势在必行。”

而目前许多企业仍采用传统思维选择及使用配电变压器，造成巨大电能损失，表现在：

（1）只更新损坏的老旧设备；

（2）只关心一次性投资，忽略能耗及年运行费用等因素；

（3）由小容量代替大容量变压器，误认为负载率越高，损失电能越少。

（4）针对电网的缴费标准，使变压器超负荷运行以减少基本容量电费。

选用低能耗、高效率的节能型变压器是节能的重要手段。它能减少空载时由漏磁损耗、励磁电流产生的铁损和负载时由负载电流在变压器线圈电阻上产生的损耗。

2.非晶合金电力变压器简介

它是采用非晶合金铁心而得名，其突出特点是铁磁损耗低、硬度高、剪切困难、单片厚度极薄、材料表面不平坦、铁心填充系数低、不能承力等特点。采用特殊的单相卷铁心组成三相五柱式结构，单台最大容量一般不超过1600 kVA。

3.非晶合金电力变压器的节能分析[2]

非晶合金电力变压器最突出的优势是空载损耗及空载电流特别低，其空载损耗只有S7的20%、S11的40%，甚至更少。其空载损耗及电流只有S9的25%左右，负载损耗也只有S9的75%左右，节能指标非常好。

一台500 kVA的SBH16非晶合金电力变压器运行1年后比S9硅钢变压器节约能耗约9.4 kWh，节省3.76 t煤。等同于每年减少排放粉尘0.96 t，CO2 2.572×10 -3 t，SO2 7.970×10 -2 t，NO23.470×10-2 t。目前我国在用的配电变压器近500万台，若全部改为SBH16型变压器，每年增加净化空气的森林面积可达34 689 km2。

4.非晶合金电力变压器的经济效益分析

4.1总拥有费用分析

电力行业标准DL/T 985-2005《配电变压器能效技术经济评价导则》中提出的总拥有费用法（TOC），能够全面表达变压器的综合费用。总费用简化计算：

4.2 年运行费用分析

变压器在不同负载率下的年运行费用是其年综合损耗与相应电价的乘积。年综合损耗计算如下：

4.3 选择电力变压器的经济容量

合理选择变压器容量，使变压器运行于最佳负载率附近，是提升变压器的技术经济效益及节能的根本措施。通常变压器在50～100%额定负载下运行效率较高。先计算满足负荷需要最小容量，对相近容量综合比较，总拥有费用最低的变压器容量作为经济容量。

5. 节能变压器的推广分析

5.1 400kVA非晶合金电力变压器经济效益分析

目前电网供城市生活用电的400kVA配电变压器容量占比约75%，因此以400kVA配变为例进行分析[3]。推广方式上主要分为两类：电网新增配变的增资性项目；电网配变技改更换项目。

400kVA容量不同系列10KV变压器参数如下：

空载损耗：920 W（S7）、800 W（S9）、570 W（S11）、200 W（SH15非晶）；

负载损耗：5800 W（S7）、4300 W（S9、S11、SH15非晶）；

短路电压：4%（S7、S9、S11、SH15非晶）；

空载电流：1%（S7、S9、S11）、0.5%（SH15非晶）。

（1）电网新增配变的增资性项目

新增项目，采用TOC法决策是否新投SH15非晶合金电力变压器。用电性质为城市生活；运行年限n：20年；年贴现率i：7%；现值系数Kpv：10.594；平均购电成本Een：0.6672元/kWh；年增幅3%；年带电小时数Hpy：8760h；年最大负载利用小时数Tmax：2500h；功率因素：0.9；年最大负载损耗小时数τ：1250h；变压器负载率βo：0.4。按式（1）计算各备选型号变压器的TOC值如下：

参考报价：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）；

相对最佳方案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）。

由以上数据可知，选用SH15型变压器的TOC值最小，较S7、S9、S11型TOC值分别节省23648、17290、11933元。但初始采购费用较高，比其他系列高出至少20%。SH15每年支出的线损费用少。以20年经济运行年限看，SH15为综合经济效益的最佳方案，较S7、S9、S11的回收年限分别为5年左右。

（2）电网配变技改更换项目

更换项目，主要以运行15年以上的变压器为技改目标，按式（3）计算各备选型号变压器的年运行费用，得出最省钱的方案。如表1所示：

由表1可知，变压器的年运行费用与负载率成正比。负载率相同，S7年运行费用最大，其次是S9，再次是S11，SH15最小。SH15较S7的年节省运行费用与负载率成正比，即负载率越高，更换SH15后节省的年运行费用越大。对S9与S11，更换SH15后节省的年运行费用与负载率无关，为固定值。

5.2 400kVA非晶合金电力变压器推广方案

综上所述，对电网推广的最佳方案如下：

（1）新增配变的增资性项目，选用SH15非晶合金电力变压器。

（2）配变技改更换项目，以投运15年以上的变压器为技改目标。不同系列变压器，应优先更换S7系列，再是S9系列，最后是S11系列。同一系列的变压器，若为S7系列，应优先更换负载率高的变压器；S9与S11系列则不受此限，可按常规技改原则进行调换。

（3）负载率偏低（20%-30%）的配电台区，优先考虑新装或更换SH15非晶合金电力变压器。负载率过高甚至过载的配电台区，不宜使用SH15，可考虑更换后再增设一台分担负荷。

参考文献：

[1]阎志华：10kV配电线路故障及预防措施探讨[J]，广东科技，2011，（20），90

[2]张祥：非晶合金变压器节能效应分析[J]，农业科技与装备，2012，（12）53-55

[3]茅建华：非晶合金变压器节能经济效益分析[J]，上海电力学院学报，2005，（21），177-180