变压器节能设计的探讨与分析
2022-09-20王瑛,郑凯
王 瑛, 郑 凯
(1.浙江省现代建筑设计研究院有限公司, 浙江 杭州 310000; 2.浙江大学建筑设计研究院有限公司, 浙江 杭州 310000)
0 引 言
2021年6月1日实施的GB 20052—2020《电力变压器能效限定值及能效等级》代替GB 24790—2009《电力变压器能效限定值及能效等级》和GB 20052—2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》。新标准删除了电力变压器节能评价值和目标能效限定值,提高了10 kV配电变压器产品的空载损耗或负载损耗指标要求。但GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》第6.2.3条[1]仍规定:变压器应选用低损耗型,且能效值不应低于GB 20052—2020中能效标准的节能评价值[2]。新标准导致GB 50189—2015规定中的节能评价值无法落地执行。2022年4月1日实施的GB 55015-2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》第3.3.1条规定:电力变压器的能效水平应高于能效等级3级的要求。至此,变压器能效等级的分级与变压器节能设计的规范要求相统一。本文探讨的均为10 kV干式三相双绕组无励磁调压配电变压器。
1 变压器能效等级的选用
1.1 低损耗变压器选用
GB 20052—2020《电力变压器能效限定值及能效等级》规定电力变压器能效等级分为3级,其中1级能效最高,损耗最低,同时规定变压器能效限定值是指空载损耗和负载损耗值均不高于变压器能效等级中的3级。对比GB 20052—2020中表2所示的数据发现:
(1) 额定容量、能效等级相同时,非晶合金与电工钢带相比,负载损耗相同,空载损耗降低60%左右;
(2) 额定容量、铁心材质相同时,1级与2级相比,负载损耗相同,空载损耗降低15%左右;2级与3级相比,负载损耗降低10%,空载损耗降低15%左右。
按GB 55015—2021选用变压器的规定,能效等级为1级、2级、3级的变压器均可选用,这与2022年2月1日实施的浙江省工程建设标准DB 33/1036—2021《公共建筑节能设计标准》和DB 33/1015—2021《居住建筑节能设计标准》的规定[3-4]是一致的。2022年1月1日实施的DB 33/1092—2021浙江省工程建设标准《绿色建筑设计标准》进一步规定[5]:一星级绿色建筑中的电力变压器的能效水平应高于能效等级3级的要求;二星级绿色建筑中的电力变压器的能效水平应高于能效等级2级的要求;三星绿色级建筑中的电力变压器的能效水平应高于能效等级1级的要求。
1.2 变压器型号的选择
变压器类产品型号的编制和注册主要以机械行业标准JB/T 3837—2016《变压器类产品型号编制方法》作为基本技术依据[6]。JB/T 3837—2016对干式电力变压器损耗水平代号为10、11、12、13、15、16的空载损耗和负载损耗作了规定,其中损耗水平代号15、16只适用于非晶合金无励磁调压配电变压器。同样由于新老标准更替导致JB/T 3837—2016与GB 20052—2020脱节,为此相关部门出台了变压器类产品型号注册管理办法,该办法明确规定了电力变压器损耗水平代号(试行),试用期截止到JB/T 3837—2016的修订版正式发布实施之日。结合浙江省工程建设标准、机械行业标准和产品型号管理办法,浙江省各级绿色建筑的变压器型号选择如表1所示。
表1 浙江省各级绿色建筑的变压器型号选择表
一星级绿色建筑中的变压器型号可选择SCB 12—XX kVA—NX3或SCBH 15—XX kVA—NX3;二星级绿色建筑中的变压器型号可选择SCB 14—XX kVA—NX2或SCBH 17—XX kVA—NX2;三星级绿色建筑中的变压器型号可选择SCB 18—XX kVA—NX1或SCBH 19—XX kVA—NX1。
2 变压器经济运行参照标准
针对GB 50189—2015条文说明6.2.4条“电力变压器经济运行计算可参照现行国家标准GB/T 13462—2008《电力变压器经济运行》。配电变压器经济运行计算可参照现行行业标准DL/T 985—2012《配电变压器能效技术经济评价导则》”,做如下探讨。
2.1 DL/T 985—2012的主要内容
DL/T 985—2012提供了一种综合考虑变压器价格、损耗、负载特点、电价等指标的分析和比较配电变压器能效的技术经济评价方法[7](综合能效费用法)。该方法通过比较各可行技术方案的变压器经济使用期内的损耗费用贴现值和初始投资的总和,选择费用最少的方案作为最佳方案。该方法分别给出了供电企业和非供电企业的综合能效费用的计算方法,两种方法的主要差异在于供电企业较非供电企业的综合能效费用组成多包括了变压器损耗增加的上级电网综合投资,综合能效费用组成图示如图1所示。
图1 综合能效费用组成图示
2.2 GB/T 13462—2008的主要内容
GB/T 13462—2008规定了电力变压器的经济运行原则与技术要求[8],以及确定经济运行的计算方法和管理要求。其中经济运行是指在确保安全可靠运行及满足供电需求量的基础上,通过对变压器进行合理配置,对变压器的运行方式进行优化选择,对变压器负载实施经济调整,从而最大限度地降低变压器的电能损耗。
2.3 变压器经济运行参照标准的选择
在变压器进行节能设计时,优化变压器组合的容量和台数、优化运行方式、确定经济运行区间可参照GB/T 13462,变压器选型的技术经济评价可参照DL/T 985[9-10]。
3 变压器经济运行区和最佳经济运行区的确定
变压器的最佳运行范围是电力工程的一个重要方面[11-13],变压器的有效利用和节能关系重大,因为在电力系统中的变压器安装容量约为发电容量的3～5倍,变压器的投资和总体能量消耗是相当可观的,如果解决好这方面的问题,其节资和节能的效果也是可观的。因此,变压器的安装容量和运行效率一直为人们所关注,有关这方面的资料很多只论述变压器的最佳负荷率为多少,而仅知道一个最佳负荷率实际工程应用价值有限。
本文利用GB/T 13462的经济运行区计算方法确定了电工钢带变压器能效等级1级、2级、3级的经济运行区和最佳经济运行区。经济运行区是指综合功率损耗等于或低于变压器额定负载时的综合功率损耗率的负载区间,最佳经济运行区是指综合功率损耗接近变压器经济负载系数时的综合功率损耗的负载区间。具体技术参数和计算结果得出1级、2级、3级能效电工配电变压器性能参数、经济运行区和最佳经济运行区如表2、表3和表4所示。其中无功经济当量按照变压器低压侧补偿功率因数不小于0.9时取0.04。
表2 1级能效电工配电变压器性能参数、经济运行区和最佳经济运行区
表3 2级能效电工配电变压器性能参数、经济运行区和最佳经济运行区
表4 3级能效电工配电变压器性能参数、经济运行区和最佳经济运行区
4 结 语
近年来,国家有关节约能源、环境保护的规范和政策变化较大,尤其是碳达峰碳中和的相关工作落实以来,浙江省建筑领域相关地方标准进一步提高了相关设计要求。变压器的选用,涉及到国家标准、机械行业标准、电力行业标准和产品型号管理办法等多方面的规定,导致设计人员对相关内容认识不一致等情况。希望本文的分析可以作为工程技术人员选用变压器的提供参考。
