浅谈油田高耗能变压器减容及节能改造

梁智鹏

（大庆油田中油电能有限公司电力设计院电力培训中心，黑龙江 大庆 163000）

油气资源的开发离不开电能，随着油田规模的变大，用电量会呈现出不断增长的趋势，为了提高油田企业的经济效益，需要在保证油气产量的基础上最大程度地降低成本，采取有效措施来降低电能分配和应用过程中产生的损耗，提升电能的利用率，保证油田生产的顺利进行。油气开采所应用的变压器存在着大马拉小车问题，变压器损耗现象较为严重，对耗能严重的变压器进行淘汰，对变压器容量进行合理的调整，让变压器工作在经济区间内，可以达到节能降耗的目的。

1 油田电网现状和存在的问题

1.1 油田电网现状

很多油田电网都在20 世纪80 ～90 年代进行建设并投入使用，持续数十年的应用，电力设备存在着严重的老化问题。为了保证油田安全生产，油多油井都配置了高能耗的变压器，变压器的负荷应用率只达到30%左右，存在着较为严重的大马拉小车问题，没有对变压器的经济运行进行考虑，油田电网电压等级多为6kV、10kV、35kV，变能耗变压器可占有到60%左右，在很多采油区块都有大量分布。

1.2 存在的问题

油田开发早期，应用的变压器都已经与负荷区间产生很大的偏离，低压供电线路很长，线损和压降问题较为突出。除此之外，随着城镇化建设的不断推进，一些变压器架空高度不低于2.5 米的要求，而落地式变压器必须采取有效措施进行遮挡，给变压器的安全运行带来了隐患。

当前，油田配电变压器数量较多，很多为S7 型变压器，为高耗能变压器，有着较高的空载和负载损耗，绝缘保护设备老化问题比较严重，需要较多投入较大的后续维护资金，S9、S11 变压器与S7 系列变压器进行对比可以发现，其空载损耗会减小70%，而负载损耗会降低36%，需要对配电变压器进行合理地减容，有用新型的节能变压器进行供电，还应该进行移位改造，有效地减少变压器损耗，从而实现节能降耗的效果，保证油田电网可以经济合理地运行。

1.3 变压器应用调查和应对措施

对油田供电线路高能耗变压器进行统计调查，可以发现很多变压器的负荷与容量存在着不匹配现象，大马拉小车问题十分突出。例如，如供电线路变压器容量为315kVA，为附近4 口油井人工举升设备进行供电，每台电机的额定功率只有103kW,实际运行功率为79kW，可以采用S11 型容量为100kVA 的变压器，负荷率可以由原来的25%提高至80%，而变压器容量会降低215kVA，每年可减少2.8 万元的费用，有着较高的经济效益。

2 变压器减容改造

目前，油田企业很多变压器面临着更新，陈旧的高能耗变压需要淘汰和改造，新型变压器的选型应该以技术经济性作为标准，更加注重节能降耗的效果，不应该再采用能耗高的S7 型变压器，可以应用具有更好节能效果的S9、S11 型变压器。

2.1 变压器节能改造

变压器节能改造应该考虑到空载损耗、主绝缘距离、负载损耗、线圈高度等相关指标，对变压器绕组参数、电流密度等进行调整 ，使变压器的电磁参数可以实现合理的配置，可以有效减小变压器空载和负载条件下的损耗，从而使S9、S11 型变压器节能改造后的空载、负载损耗及阻抗能提高到S9 型变压器的性能，实现S7 型变压器向S9、S11 变压器的节能改造。

2.2 技术改造

在进行变压器节能改造以前，需要对高能耗变压器性能进行整体分析，因为不同厂家生产的变压器应用图纸有着很大的差异，相同容量的硅钢片会有着不同，铁芯材质、尺寸等会相差更大。因此，对S7 型变压器进行节能降耗改造，需要对变压器电磁进行再次设计，重新绕制高低线圈，并更换变压器的绝缘部分，原来的铁芯和油箱等部件可以重复应用，然后，对部分构件进行优化，提高变压器机械强度和可靠性，使变压器运行到合理负荷区间内。

当变压器铁芯材质满足改造需要，通过理论和试验论证以后，可以再次设计变压器绕组，把原来的铝线圈增加匝数以改进为铜线圈，合理提升高、低绕组匝数，减小变压器磁通密度，可以达到S9 型空载损耗性能要求。如果对线圈和部分铁芯进行改进，当变压喊叫铁芯材质不高，又存在着较严重的铁损、铜损，只对绕组进行改进是无法达到低能耗的技术要求的，需要对主级铁芯进行优化，方可以达到S9 型变压性能要求。在进行降容改造方面，如果S7 型变压器结构设计得十分紧凑，而铁芯窗口尺寸又不能达到要求，进行理论计算无法改造成相同容量的S9 型变压器，可以改造为较低容量的节能变压器。例如，S7 型8000kVA 的变压器，由于结构过于紧凑，无法改造为相同容量的S9 变压器，可以设计为S9 型的6300kVA 的变压器，如果达不到的变压器运行负荷的要求，可以应用到其他的油气生产场合。

3 变压器减容改造费用预算分析

S7 型变压器的铁芯、绝缘油箱等可以再次利用，改造费用主要应用到绕组铜线、分接开关和密封材料中，但变压器原有性能不高，这就要求采用新的铁芯，这就增加了硅钢片费用，不同容量变压器应用的材料数量也不尽相同，把35kV 电压等级的S7 型变压器作为实例，该变压器容量为6300kVA，估测每台变压器所需材料费用约为28 万元，人工等其他费用为5 万元，总计费用为33 万元。

对节能改造后的损耗情况进行比较来看，空载损耗由原来的8.2kW 减小到6.6kW，损耗率降低了20%左右。负载损耗从原来的41kW 减小到37kW，损耗降低了10%。从年节约电能情况来分析，每年可节省44895kWh 的电能。

虽然高能耗变压器改造比较麻烦，但每台改造费用与新变压器售价对比来看，改造所需要的费用只为新购置变压器的50%左右，再把节省的电费、线路损耗等因素考虑进来，只达到购买新变压费用的44%，如果对全油田高能耗变压器进行改造，投入资金的回收时间只需要8 年左右。

4 变压器改造可行性分析

从经济效益角度进行分析，高耗能变压器的节能改造需要以优化磁通设计作为主要内容，把材料和工艺进行作为辅助工作，可以保证节能改造后的变压器达到S9 型变压器的性能，可以为油田企业节省更多的电能。利用计算机辅助设计技术，使变压器绕组、磁通密度、电流密度等达到全理的匹配，变压器的空载和负载损耗可以降到最低，从而可以把S7 型变压器总损耗减小20%～25%，达到国家规定的低能耗变压器标准，有着很好的节能效果，变压器运行费用会显著减少。如果将油田所有S7 型变压器改造为低耗能变压器，会实现很高的经济效益。对高耗能变压器进行改造利用，可以减少新电力设备的购置成本，满足国家对节能降耗的总体布局。因为变压器制造企业较多，每台变压器都有不同的设计参数，会导致变压器改造工作很难顺利开展。在改造以前，还需要对变压器具备的特性进行测试，而且不同变压器应用的材质也不同，需要对每个变压器的改造方案进行单独设计。

变压器绝缘油也可以实现再次回收利用，改造成本可以进一步减少，为了提升电力设备的耐压能力，绝缘材料可以利用新型材料，需要更换新型的密封胶垫，并对导线进行加固处理，更换绕组减少铁心磁通密度时，可以优化铁芯叠积结构，将二阶交错转变为三阶接缝方式，可以有效地减小空载损耗，变压器空载损耗则会减少。如果为硅钢片材质及铁芯制造工艺不好的高能耗变压器，可对部分硅钢片进行更换，从而达到S9 型变压器节能指标。

5 结语

综上所述，对油田高能耗变压器进行节能改造，可以有效提高配电网的可靠性和安全性，为油气资源开发提供能源保证，还可以改善配电网的供电质量，提高油田电网能力，改变油田变压器大马拉小车的问题，电网的损耗得到有效降低，达到了很好的节能降耗效果，使油田电网实现了经济运行。