燃煤电厂超低排放改造中非晶合金变压器应用的节能分析

褚晓虹 浙江天地环保科技有限公司

燃煤电厂超低排放改造中非晶合金变压器应用的节能分析

褚晓虹 浙江天地环保科技有限公司

主要介绍了非晶合金变压器的节能原理，对其在实际应用中的存在问题和应对措施进行了分析，指出了节能效果的显著特征，以期能大范围推广,未来将有广阔的发展前景

非晶合金；变压器；节能硅钢片；节能效果评价

2014年，国家发改委、环保部核能源局联合下发了《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》的通知，全国各大发电厂很多都达不到超低排放限值，因此需对脱硫、脱硝和除尘系统进行技术改造。同时，超低排放改造要尽可能降低能耗和成本。例如推广节能灯、实施绿色照明、更换老旧变压器、推广高效电动机等，都可以取得很大的成效，就用电行业来说，开发变压器的节能潜力很大。

1 节能原理

变压器主要通过导磁磁路系统完成电能传输，导磁材料的性能直接影响变压器的特性。目前普遍使用的S9、S11等配变铁心采用普通硅钢片制作，属晶态材料。随着近年非晶态材料的发展，非晶合金铁心配变凭借其在降低配变损耗上的明显优势，逐渐开始在我国电网中应用。

非晶合金就是指合金熔化后，采用超级冷却技术，迅速使之冷却，金属原子还来不及重新排列被凝固住呈结晶状态，由此产生非晶态合金。非晶合金材料的突出特点是铁磁损耗低，非晶合金铁心配变空载损耗仅为传统硅钢片配变损空载损耗的1/3～1/5左右，节能效果显著，表1为典型硅铜片与非晶合金配比空载损耗对比。

表1 典型硅钢片配变和非晶合金配变空载损耗对比

2 国内外应用情况

由于非晶合金材料在节能上的巨大潜力，美国GE公司与上世纪70年代底即开始进行非晶合金变压器的研究，并于1982年制作出世界上第一台非晶合金配变，并稳定挂网运行。

2007年10月，美国能源部颁布了《商业设备节能规划：配电变压器节能标准》，把非晶合金配电变压器列为节能高效的电力设备，要求在国内推广应用。日本发展非晶合金配电变压器的速度也较快，据报道，已有近35万台非晶合金配电变压器在安全运行。

1990年代初，非晶合金配变开始进入我国电网进行试运行。目前我国电力系统中约有50 000余台非晶合金配电变压器在挂网运行。

3 存在问题及其应对措施

（1）主要加强全寿命设备管理，提高采用非晶合金配变经济性

目前我国非晶合金铁心材料主要仍依靠进口，造成非晶合金配变成本较高，采用非晶合金配变，初期投资较高，价格约为硅钢片配变的1.3～1.4倍。

但由于非晶合金配变大大减少了空载损失，（相比硅钢片配变）增加的配变一次性投资将由减少的配变损耗电量（折电费）来补偿。根据测算，配变新增投资回收年限约为5～7年，而正常配变使用期超过15年，经济效益明显。

为保证采用非晶合金配变后，能够不提高乃至降低电网企业成本，应对投运的非晶合金配变进行全寿命设备管理，特别是新增投资回收期内配变不退役。

（2）保证工艺质量，合理选择装设方式，减少噪音

变压器的噪音主要是由于变压器铁心在主磁通下磁致伸缩而引起的振动，决定噪音高低的主要因素是铁心中的磁通和铁心的夹紧程度。非晶合金变压器噪音往往比普通变压器大，主要由以下3个因素引起。

1）非晶合金材料的磁致伸缩程度要比普通优质冷轧硅钢片大得多，是硅钢片的7～8倍，直接影响变压器的噪音；2）非晶合金材料片薄，防震性差；3）非晶合金材料对应力高度敏感，铁心不受夹紧力。

据相关资料，现有非晶合金配变实测噪声大于传统配变，约为50～66 dB。

主要措施包括：1）在铁心设计时取较低的铁心磁密；2）在结构设计上要增加变压器器身及壳体的刚性；3）采取必要的消震措施；4）在铁心制造上要提高铁心搭缝的搭接质量。

在安装非晶合金配变时，也应充分考虑噪音影响。确有必要时可采用配电室等隔音效果较好的安装方式，采用杆上变时，可保持与民居的一定距离。

4 应推广用原则

2010年11月，国网公司颁布了《非晶合金铁心配电变压器选用导则》（Q/GDW463—2010）。《导则》明确指出“非晶合金铁心配电变压器作为一种新型节能配电变压器，与普通硅钢配电变压器相比，具有低空载损耗特性”。“在年平均负荷率低于20%和近空载时间较长（如路灯、纯居民、农电等）的配电台区应用节能效果尤为显著。” 同时，针对非晶合金配变特点，《导则》也对噪音控制、运输包装等方面提出了具体规定。《导则》的发布，为科学、合理使用非晶合金配变提供了具体依据。

5 非晶合金配变推广目标与效益测算

农村地区新增、改造配变原则上使用非晶合金配变；户内配变原则上使用非晶合金配变，并辅以消噪措施；通过用电宣传，引导专变用户采用非晶合金配变。按照小容量、多布点、短半径的原则，在台区扩容时结合噪音等因素选择安装方式和位置，尽可能选择非晶合金配变。通过物资集约化管理，集中采购非晶合金配变，降低工程造价。

根据测算，未来五年，某沿海省份电网将有挂网非晶合金配变约60 000余台，预计每年将减少损耗2.77亿kWh，相当于减少二氧化碳年排放26.1万t。

以上所述，非晶合金变压器最大的优点是空载损耗低，运行成本低，批量运行后能有效降低电网的线损，节能效果明显，是我国重点推广的新型节能产品。从长远来看，既可为国家节约大量能源，又能取得显著的环保效益，值得大力推广。

Energy Conservation Analysis on Amorphous Alloy Transformer in Ultra Low Emission Renovation at Coal-Fired Power Plant

Zhu Xiaohong Zhejiang Province Tiandi Environmental Protection Technology Co.,Ltd

The article introduces energy conservation working principle of amorphous ally transformer and analyzes existing problems and countermeasures in practical application. The author points out notable features of energy saving effect and hopes for large scale promotion and board development prospective in the future.

Amorphous Alloy, Transformer, Energy Saving Silicon Steel Sheet, Energy Saving Effect Evaluation

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2017.03.008