新型节能变压器的研究与应用

熊天哲，孙羽，陈意

（湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉 430060）

0 引言

能源是国民经济和现代社会发展的动力。能源对人类社会越来越重要。中国提出把节约能源作为国民经济发展的战略方针。当今能源发展的重点是能源，电力系统的节能问题备受关注。澄海供电局安装的新变压器不再采用旧变压器型号。S11变压器试运行。节能变压器经过2004年和2010年两次升级改造，近10年来得到了广泛应用，变损得到有效降低，澄海供电局线损管理在广东省县级分局业绩排名中位居第一，有效提高企业经济效益。

由于我国城乡电网和企业电网中存在大量高能耗的老变压器，变压器的能量损失非常大。在20世纪60年代和70年代，不仅有大量的老变压器，而且总数超过100万台，占生产能力的40%以上。我国电网线损率过高，电网结构的科技含量远远落后于发达国家。电网更新速度慢的主要原因是电网技术水平低。由于使用的变压器较多，我国电网线损率过高，电网结构的科技含量远远落后于发达国家。老变压器改造速度慢的主要原因是资金不足，耗能设备观念更新，管理滞后，技术经济决策失误。

1 配电变压器的发展

1980年以前生产的SJL和SL1（60年代和70年代按“64”和“73”标准设计）负载率为100%，平均空载损耗为23%，平均负载损耗为20%，平均总损耗为21%，损耗大于S9，平均空载损耗为24.7%。国家宣布高损耗变压器是过时的产品。国内许多变压器生产企业投入巨资引进新技术、新设备，国外先进制造业不断开发新产品。低损耗、结构多样化的变压器。

1.1 S11系列配电变压器

S11系列包括卷取芯和叠层芯两种。卷取芯分为平面卷取芯和三维卷取芯。

S11线圈铁芯变压器（典型型号：S11-m.r）。这种类型的配电变压器是在20世纪90年代在中国发展起来的。最重要的特点是铁芯采用无缝连续卷绕的片状硅钢片。其主要优点是：

线圈铁心本身无缝紧凑，工作噪音降低到30～45dB，远优于国标（44～57db）。环境友好，适合建筑物和房屋的安装和使用；

装置本体的短路电阻优于叠层铁芯。

铁芯和线圈采用特殊的缠绕方式。

绕组铁芯变压器故障：①铁心退火工艺十分必要；铁芯绕组和线圈绕组需要专用设备；铁芯和绕组的维护非常困难。

目前，中国市场的主要供应商是平面线圈铁芯的经销和加工。平面线圈铁芯有梯形和R型两种结构。

在S9系列产品结构设计的基础上，开发了S11型定心变压器（典型型号：S11-M）和S11型叠片铁芯配电变压器。其主要特点是铁芯采用优质硅钢片，磁导率高，损耗低，减少空载损耗。

1.2 单相配电变压器

安装方便，靠近负荷中心，一般密封，维修量少。现有材料数量少，价格便宜20%～30%。在一些地区重组后，中国非常受用户欢迎。

1.3 非晶合金配电变压器

自1979年中国联通发明非晶合金以来，非晶合金配电变压器的空载损耗比硅钢片降低了70%～80%，缺点是饱和磁场密度低。磁芯质量比冷轧硅钢高30%，相对含铜量高。体积越大，制造成本越高，价格也越高。

1.4 干式配电变压器

浸渍干式变压器（Nomex纸）是最早用于干式变压器的结构之一。它是一个开放式通风干式变压器（OVDT）。绕组之间和绕组之间的绝缘材料为聚酯纸或聚芳基合成纸（Nomex纸）。由于Nomex纸的耐热性，采用这种结构的绕组经真空压力浸渍（VPI）处理后具有足够的短路电阻。C级温度（220℃）是一种耐热、阻燃的绝缘材料。变压器目前占美国干式变压器市场的85%。

1.5 箱式变压器简称箱变，又称预制式变电站

大部分功能部件和变压器本体浸入变压器壳体中，由变压器制造商制造。箱变靠近负荷中心，减少线损和体积，占地面积小，安装灵活，传输周期短，对环境适应性强，安全可靠。是一种节能型配电变压器。缺点是按一定的接线方式设计制造困难，二次配电小，不能满足多回路低压出线的要求。

1.6 三角形高效节能变压器

新型高效三角绕组节能变压器打破了传统三相变压器的布置方式。三相变压器的铁芯由三个具有相同半圆截面的铁芯框架组成。具有励磁电流小、谐波含量低、空载损耗小、无功功率因数高、无功功率因数高等优点。与传统变压器相比，空载损耗降低46.8%，负载损耗降低7.5%，油箱容积降低1/4，质量降低1/5，空载电流谐波降低80%。工作噪声降低13dB。是一种高效、节能、综合性能好的配电变压器。

油浸式配电变压器是目前配电变压器的主要产品。随着变压器制造技术的发展，对油浸式配电变压器的性能和经济指标进行了比较分析。随着新材料、新技术的不断应用，对油浸式配电变压器的性能进行了分析。油浸式配电变压器是近年来发展起来的一种新型替代产品。

S7.S9和S11 200KVA配电变压器损耗参数的比较如表1所示，对S9和S7进行比较分析。

表1 不同型式的200kVA配电变压器损耗参数对比

在实际应用中，配电变压器的负荷率往往难以达到最优状态。以80%负荷率为例，按S11系列16200kwh、S9系列18780kwh、S7系列23950kwh计算各系列200KVA配电变压器的年有功损耗。

1.7 节能配电变压器的应用与经济评价

输电变压器的选择不仅要考虑节能，还要考虑经济效益，节能的关键之一是损耗，因此经济分析从损耗值和价格的角度出发，增加铁心和绕组的导体断面面积，增加电磁密度和电流密度，降低损耗，生产线圈铁心变压器的新设备，采购成本高，生产成本增加，铁基非合金变压器的价格比硅钢片贵，非合金变压器的价格明显高，如设计结构换掉降低变压器的制造成本降低变压器的制造成本等新技术[1-2]。购买新材料，减少变压器的销售损耗，必将增加变压器的制造成本和产品价格，变压器的产品价格与损耗参数成反比，即损耗越小，产品价格越高，变压器容量的选择可以达到节能降耗的相对单位[3]，世界上对变压器能效的评价方法很多，其中总拥有成本法（TCO）最为常见。在各可行的技术体系中，对变压器的总拥有成本进行了分析，并考虑了价格的影响，从电价等技术经济指标对变压器经济性的影响来看，在评估和选择变压器时，最低总拥有成本法是一个简单的定量概念有助于合理理解和选择变压器：

式中，CT为变压器价格（元）；P0为空载损耗（W）；ΔPk为负载损耗（W）；A为空载损耗等初始费用（元/W）；B为负载损耗等初始费用（元/W）。该方法科学、经济、合理。考虑变压器价格、损耗、负荷特性、电价等技术经济指标对变压器经济性的影响。采用最低总拥有成本法对在役变压器进行评估和选择，可以形成一个简单的量化概念，有助于投资者合理理解和选择在役变压器。经济技术效益分配[4-5]。

2 变压器更新换代的节电潜力与社会效益

当前，在老变压器改造升级过程中，既要淘汰老变压器，又要淘汰老变压器。同时，在低变压器投资的基础上，优化新变压器的选型，充分考虑运行的节能效果，不选择投资低、能耗高的S7变压器。S9通过良好的节能效果，可以快速回收大量投资。

2.1 老旧变压器更新要劣中汰劣

现在很多企业都有旧变压器，加快旧变压器的现代化改造可以给企业带来显著的经济效益。但由于旧变压器数量较多，不可能在一年内全部更换，因此应每年更新一次，淘汰许多旧变压器。以最大的损耗定量更换旧变压器，消除用同一投资资金节能的最薄弱的技术特点。旧变压器的改造和准备不能完全以电厂的寿命为依据，而必须进行定量计算以消除误差。

2.2 备用变压器可暂不更新

一些重要的电力负荷有备用变压器。为保证供电安全，备用变压器必须在运行变压器故障排除后才能投入运行。如兰州石化公司老变电所使用了两台变压器，一台投入使用。另一台备用变压器未升级改造，年总节能58万多kW·h。与全部升级改造的变压器相比，节能近100万元，容量成本降低80多万元。

2.3 新型变压器选型要优中选优

目前，高性能变压器主要是非晶变压器和S9变压器。采用节能型非晶变压器和S9变压器代替旧变压器。采用S9变压器代替S7变压器，并对新变压器的选型进行了计算。配电变压器范围大，选用630kVA和800kVA。计算结果以1000KVA和1250kva为例，S9型变压器的采购成本比S7型变压器高出约1万元，但其资金只能在1～2年内收回。投资回收后，变压器寿命期内总节能效果为20万～40万kW，总价值13～28万元。加快旧变压器的现代化改造，收购S9变压器，是减少损失、提高企业效益的途径。

3 结论

能源是现代社会人们生活的物质基础。从2003年起，澄海供电局安装的新变压器不再使用旧变压器型号，S11变压器已经过试验。2004年全厂油浸式变压器为S11变压器。用户的sl7、S7系列配电变压器在使用前应更换为S11及以上系列变压器。到2010年，供电局新安装的油浸式电站变压器将开始使用S13和SH15，SC10及以上变压器将用于干式变压器。同时，将澄海供电局线损管理作为全省重点县级子公司之一，有效提高了企业经济效益。

综上所述，加快我国老变压器改造，优化S9变压器具有节能、环保、地质资源保护和现代化效益。与此同时，中国电网的线损也在下降。与世界的差距正在缩小，这也有利于我国的振兴。