浅述中压系统用非晶合金干式变压器的节能优势

2022-10-13李力

中国科技纵横 2022年16期

李力

（上海置信电气非晶有限公司，上海 200335）

1.非晶干变简介

干式非晶合金铁心配电变压器（以下简称非晶干变）是由具有优异软磁特性的非晶合金铁心、用环氧树脂采用真空浇注工艺加工的高压线圈、用环氧树脂采用端封工艺或真空浇注工艺加工的低压线圈组合装配的干式配电变压器。它具有空载损耗低、难燃等优势，可广泛用于高层建筑、商业中心、机场、地铁、火车站、新能源电站等防火、防爆、防潮要求高等场所。

2.结构特征

35kV非晶干变的结构与叠片式硅钢干变有着明显区别，这些区别主要体现在以下4个方面：

2.1 铁心结构

非晶干变的铁心结构是四框五柱式壳式结构，即由开口的2个大框布置在中间、2个开口的小框分别布置在大框左右侧，开口设置在下铁轭上，根据容量大小，非晶铁心可以是单排（4个框）或双排（8个框）或3排（12个框）组成。

2.2 夹件结构

非晶干变的夹件由上下夹件和左右两侧端夹件组成框架结构，上夹件上共设置12个压钉（每相设有4个压钉），下夹件上共设置12个定位钉（每相设有4个定位钉），从俯视图方向看，每相的压钉与定位钉的位置上下相对应；在下夹件的底部设置安装底座。在上夹件上安装了供整件起吊的吊攀。

2.3 绝缘结构

非晶干变的绝缘结构由主绝缘和纵绝缘组成，主绝缘是线圈到接地点、高低压线圈之间、相间的绝缘结构，高低压线圈之间设置采用玻璃丝缠绕的绝缘筒，起到均匀电场和加强绝缘能力的目的。在A相、C相高压线圈到非晶铁心旁柱的4个角上，设置软角环，软角环一端被固定在垫块上，另一端被固定在非晶铁心旁柱的绝缘护板上，形成R型结构，起到加强高压线圈端部到非晶铁心旁柱4个角部的绝缘能力。垫块采用伞裙结构增加高压线圈到非晶铁心铁轭的爬电距离。

纵绝缘是线圈的匝间、层间或段间的绝缘结构，高压线圈采用分段层式结构，通过控制段间电压和层间电压方式达到低局放水平的目的。

2.4 器身结构

非晶干变的器身结构特征是由夹件组成框架结构，高低压线圈通过垫块坐落在下夹件上，非晶铁心通过垫块悬挂在高低压线圈上，上夹件压钉在轴向通过垫块压紧高低压线圈，垫块通过压钉和定位钉相对固定其位置，在器身中起到固定高、低压线圈的相对位置。

3.性能参数分析

2017年，全国变压器标委会修订了国家标准GB/T 22072《干式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》，该标准新增了电压等级35kV的SCBH15型非晶干变的性能参数。

目前，根据行业标准JB/T 3837-2016《变压器类产品型号编制方法》中表B.7的规定，电压等级35kV硅钢干式电力变压器（以下简称硅钢干变）的性能参数满足GB/T 10228-2015表5的硅钢干变型号中损耗水平代号为“10”型。空载损耗比GB/T 10228-2015表5下降20%、负载损耗符合GB/T 10228-2015表5的硅钢干变型号中损耗水平代号为“12”型。

下面以35kV电压等级的容量为1000kVA、1600kVA、2500kVA为例，将SCBH15型非晶干变和SCB10型、SCB12型硅钢干变的空载损耗、负载损耗、空载电流和短路阻抗列入表1中。

表1 性能参数表

由于SCBH15型非晶干变和SCBH10型、SCBH12型硅钢干变的负载损耗、短路阻抗相同，本文忽略三者之间对比分析的内容，利用Excel表作图功能仅分别作出SCBH15非晶干变与SCB10型、SCB12型硅钢干变的空载损耗和空载电流柱状分析图，如图1和图2所示。

图1 空载损耗柱状分析图

图2 空载电流柱状分析图

从表1、图1和图2中可以看出，SCBH15型非晶干变与SCB10型硅钢干变相比，空载损耗降低约67%～69%，空载电流降低约33%～47%；SCBH15型非晶干变与SCB12型硅钢干变相比，空载损耗降低约58.4%～61.4%，空载电流降低约33%～47%。

4.节能效果

由于SCBH15型非晶干变与SCB10型、SCB12型硅钢干变的空载损耗和空载电流有差异，因此三者投运后年运行能耗是不同的。变压器年运行能耗计算公式如式（1）所示：

式中：E—年运行能耗，kWh;

T—年运行时间，取8760h;

Pτ—变压器运行总损耗，kW。

变压器运行总损耗计算公式如式（2）所示：

式中：P0—空载损耗，kW；

Pk—负载损耗，kW；

I0—空载电流，%；

UK—短路阻抗，%；

β—年平均负载率，%；

Se—变压器额定容量，kVA；

KQ—无功经济当量，取0.05。

假设年平均负载率（β）取50%，将表1中1000kVA、1600kVA、2500kVA的SCBH15型非晶干变和SCB10型、SCB12型硅钢干变的性能参数代入式（1）和式（2），计算出三者的运行总损耗和年运行能耗，并列入表2。

表2 节能效果对比表

从表2中可以看出，35kV电压等级的SCBH15型非晶干变具有一定的节能优势，假设年平均负载率为50%时，单台1000kVA、1600kVA的SCBH15型非晶干变比SCB10型硅钢干变节约年运行能耗分别为15812kWh和22075kWh，若电费单价以0.8元/kWh为计，SCBH15型非晶干变比SCB10型硅钢干变每年节约电费分别为12650元和17660元。比SCB12型硅钢干变节约年运行能耗分别为11739kWh和16381kWh，年节约电费分别为9391元和13105元。

表2给出的数据是当年平均负载率为50%时的条件下得出，由于变压器在运行时负载率是一个变量，随用户用电需求变化而变化的，为了能全面、直观地分析不同负载率情况的三者年运行能耗情况，现利用Excel表的计算和作图功能，分别计算出1000kVA和1600kVA的SCBH15型非晶干变和SCB10型、SCB12型硅钢干变在年平均负载率0%～100%的年运行能耗，并做出它们的年运行能耗与年平均负载曲线，如图3、图4所示。

图3 1000kVA干变年运行能耗与年平均负载率的曲线

图4 1600kVA干变年运行能耗与年平均负载率的曲线

从图3、图4中可以看出，负载率为0%～100%的SCBH15型非晶干变是最节能的，其次是SCB12型硅钢干变，SCB10型硅钢干变是三者中最不节能的产品。每个相同容量的SCBH15非晶干变、SCB12型硅钢干变和SCB10型硅钢干变的年运行能耗随年平均负载率3条曲线在某一个年平均负载率时对应年运行能耗值的差值是相同的，这是因为变压器的空载损耗、空载电流不会随负载率变化而变化，它们与产品的铁心性能有关，当电网电压不变时，每台变压器在运行时空载损耗、空载电流也是不变的。又由于相同容量的SCBH15型非晶干变、SCB12型硅钢干变和SCB10型硅钢干变的额定负载损耗、短路阻抗是相同的，在相同的年平均负载率情况下，它们的实际负载损耗、短路阻抗也是相同的。这一点从式（2）中也可以推导出相同的结论。