节能变压器经济效益分析

骆川宁

(三明化工有限责任公司　福建三明　353001)

摘　要　高损耗的旧变压器更新为低损耗、低局放、低噪音的新型节能变压器,不但保证供电运行安全、降低噪音,而且节约大量电能,是企业节能降耗的主要措施,必须大力推广。

关键词　电能损耗　更新　节能变压器　经济效益分析

中图分类号:T K018　　　　文献标识码:B　　　　文章编号:1007-3132(2004)02-0024-04

　　变压器是电力系统的主要设备,目前我国投入运行的变压器总容量已超过6亿kVA,因而降低变压器的自身损耗是我国节约能源的一项重要措施。建国以来,随着我国工业技术的发展,国产电力变压器标准不断更新,产品质量不断提高,变压器自身损耗已有很大降低。因此从变压器型号的选择到容量的选择都有很多节能技术值得探讨,选择好节能变压器将使企业电能损耗的状况有显著改善。本文主要介绍三明化工有限责任公司合成氨厂总变电站3#主变压器更新为节能变压器的节能措施。

1　变压器更新

111　旧变压器概况

初期,我国变压器因为没有自己的标准,国产变压器都是仿照前苏联40年代后期设计的TM 系列标准。60年代开始,全国变压器行业按照一机部JB500-标准设计S J系列和S JL1-5系列变压器。70年代开始又按照一机部JB1300-73和JB1301-73标准,设计SL1和SL2系列变压器。SL1系列变压器为冷轧硅钢片铁心,SL2系列变压器为热轧硅钢片铁心,但这两种系列变压器较60年代S J系列和S JL1-5系列的电能损耗有所降低,都未能摆脱前苏联技术标准的模式和影响,与工业发达国家变压器相比,铁损和铜损均有较大的偏高。

112　节能变压器概况

随着我国科学技术进步及不断引进国外新技术,如参照国际电工委员会IEC76标准及德国DIN42503标准,我国组织设计了S7、S9、S10、S11等系列节能型变压器。节能变压器(以S10系列为例)突出以下几个方面的优点:

　　(1)　在磁路上,铁心选用性能优异的高导磁晶粒取向的Z10-0130冷轧硅钢片,其单位损耗P15/05为1105W/kg,不到国产D42热轧硅钢片的单位损耗的一半。铁心采用45°斜接,柱与轭同截面,均采用不叠上铁轭及均不冲孔的新工艺,可有效降低空载电流、空载损耗和变压器噪声。

　　(2)　心柱、铁轭均采用无纬绑扎进行机械捆扎、固化,尤其是采用大板式夹件绑扎结构,使铁轭、夹件捆绑在一起,有效地夹紧了铁轭,降低变压器噪声。同时,所有铁心结构件倒角合理,在高场强区域均采用圆整化处理,有效降低局部放电量。

　　(3)　在线圈部分采用高、低压线圈全部绕制在硬质绝缘纸筒上,外侧全部加外撑条,提高抗短路能力。高调线圈单列,安匝安布较好,所有线圈出头及端部采用热缩管、热缩带绑扎,梯度分布合理,且垫块、撑条全部按规定倒角,不会产生尖端放电,所以电气强度好,抗短路能力增强。

　　(4)　高、低压线圈采用导向结构,增强散热效果。在线圈圈换位部,用热压绝缘成型件替代传统的纸板垫条,提高了轴向承受短路的能力。

综上所述,节能变压器最大的优点在于铜铁耗低、节电显著,减少电费支出,使企业获得更加实在的经济效益。

2　3#主变更新技术分析

211　3#主变旧变压器状况

3#主变旧变压器型号为SFZL1-16000/35, 1979年11月出厂,1981年10月投入运行,承担全厂30%左右的负载,运行年限达22年。由于长期高负荷运行,有时甚至过载运行,促使3#主变加速老化。自1998年以来,出现以下故障现象,一直带病运行:

42　　(1)　1998年7月开始出现运行中噪声异常,有时突然发生明显变化;温升超标,在吊罩前后5次表面油温超过87℃;变压器本体和分接开关多次发出预告信号。

　　(2)　根据国际IEC导则,《油色谱分析报告》的数据(见表1)C O2/C O>11,证明变压器绝缘老化。

表1　3#主变油色谱分析数据

时间CO气体　　　CO2气体　　　CO2/CO　19972102078314330039157>11

19992082023851203431126>11

2000204202200610030150>11

2001209212416151651830198>11

　　(3)　2001年10月变压器吊罩检查发现线圈垫块移动,线圈变形,绝缘纸发黑,B相高压线圈松动变形,上部铁心变色,线圈整体过热焦化严重。

　　(4)　采取减载、增加体外通风等措施后, 2003年3月28日在负载只有68175%的情况下,变压器又产生内部声音沉闷现象,故障有进一步增大的趋势。

　　3#主变旧变压器属于国家有关部委发文要求陆续淘汰的高损耗变压器,铜铁耗均高于低损耗变压器的30%以上。国家技术监督局G B/T13462-92说明:“凡列入国家规定限期淘汰的变压器,不得进行恢复性大修。”由此可见,3#主变应当更新为新型低损耗的节能变压器。

212　3#主变更新方案

经过可行性研究和经济效益分析,我们选择了SZ10-16000/35新型节能有载调压变压器。

　　(1)　按照G B/T51-1995及G B1094-1996新标准设计的SZ10-16000/35节能变压器,不仅具有上述节能变压器低损耗、低局放、低噪音的优点,而且还具备以下几个特点:①在调压引线固定方面全部采取Ⅲ型高密度层压木并构成框架形式,提高机械强度,增加运行可靠性。②分接开关储油柜采用气囊式带指针式油位表,能达到变压器全部附件装配后抽真空注油,有效地防止在绝缘件及变压器内部形成气泡,降低分接开关的局放。③器身及铁心中各种内装螺栓的紧固力采用力矩扳手管理,达到现场不吊罩,主体免维护。④由于变压器外部散热采用板式换热器,其冷却效果优于管式散热器,所以取消旧变压器12台强迫冷却风扇,有效减少电能损耗及风扇维修费用。

　　(2)　新旧变压器铜铁损耗等技术数据见表2;

表2　变压器铜铁损耗技术数据

变压器型号容量S/kV A空载损耗P o/kW负载损耗P d/kW空载电流I o/%短路阻抗

u d/%

散热器风扇消

耗功率/kW

SZF L1-16000/35160001998016257170125×12=3 SZ10-16000/351600012176517601281050

　　(3)　SZ10-16000/35型有载调压变压器是国

产35kV等级最为先进的节能变压器,其铜铁损耗低

于SZFL1-16000/35型有载调压变压器的30%以

上,计算如下:

①空载损耗减少

P01-P02

P01×100%=19-12

17

19

×100%=3312%

②负载损耗减少

P d1-P d2

P d1×100%=

98-65176

98

×100%=3219%

3　节能效益计算和经济合理性

为了进一步说明3#主变更新为SZ10-16000/35节能变压器的经济效益,在同样负载的条件下计算变压器的电能损耗,以便对改造前后进行经济比较。本文用投资回收年限的计算方法进行论证。

311　变压器的损耗计算

年平均负载率βp=At

t Secosx≈

S1

S e

=

15000

16000

≈0194

式中:

At:t小时内变压器计量电能/kWh;

t:变压器运行统计时间/h;

Se:变压器额定容量/kVA;

cosxS1:t小时内变压器的平均负载容量/kVA;

52表3　旧变压器和节能变压器的损耗计算

序

号

计算项目计算公式旧变压器计算结果节能变压器计算结果

1有功功率损耗

P H/kW

P H=P O

+βP・P d105167018

2励磁视在功率损耗So/kVA S O=I O・Se×10-210032

3励磁无功功率

Q o/kvar Q O=S O

2-P

O

298122914

4负载漏磁视在功

率S d/kVA S d=U d1

・Se×10-212321288

5负载漏磁无功功率

Q d/kvar Q d=S d

2-P

d

2122811128613

6总无功损耗

QΣ/Kvar

QΣ=Qα+β2P Qα118314116610

7综合损耗

PΣ/kw

PΣ=P H+K Q・QΣ+P F2261918714

表中符号说明:P o变压器空载损耗/kW,P d变压器负载损耗/kW,βP变压器年平均负载率0194,

I o变压器空载电流/%,Se变压器额定视在功率/kWA,O d变压器短路阻抗/%,

P F变压器外部冷却风扇总功率/kW,查表得无功经济当量K a=011

β

P

:t小时内变压器的平均负载系数。

31111　旧变压器的损耗计算

①有功功率损耗P H1/kW

P H1=P o1+βP2・P d1=19+01942×98≈10516

式中:P o1:旧变压器空载损耗/kW;P d1:旧变压器负载损耗/kW;βP:变压器年平

均负载率取为0194。

②励磁视在功率损耗S o1/kVA

S o1=I o1%・Se=01625%×16000=100

式中:I o1:旧变压器空载电流百分数/%;

Se:旧变压器额定视在功率/kVA。

③励磁无功功率Q o1/kvar

　　　　Q o1=S o12-P o12=1002-192≈9812

④负载漏磁视在功率S d1/kVA

　　S d1=U d1%・Se

=717%×16000

=1232(kVA)

式中:

　　　　U d1%————旧变压器短路阻抗百分数。

⑤负载漏磁无功功率Q d1/kvar

　　Q d1=S d12-P d12

=12322-982

≈122811

⑥总无功损耗QΣ1/kυar

　　QΣ1=Q01+βP2Q d1

=9812+01942×122811

≈118314

⑦综合损耗PΣ1/kW

　　PΣ1=P H1+K Q・QΣ1+P F

=10516+011×118314+3

=22619

式中:

　　　　P F:旧变压器外部冷却风扇总功率/kW 查表得无功经济当量K Q=011kW/kvar。31112　节能变压器的损耗计算

①有功功率损耗P H2/kW

　　P H2=P02+βP2・P d2

=1217+01942×65176

≈7018

式中:

　　P02————节能变压器空载损耗/kW;

P d2————节能变压器负载损耗/kW;

β

P

————变压器年平均负载率取为0194。

②励磁视在功率损耗S02/kVA

　　S02=I02%・Se

=012%×16000

=32

③励磁无功功率Q02/kvar

　　Q02=S022-P022

≈2914kvar

④负载漏磁视在功率S d2/kVA

　　S d2=U d2%・Se

=8105%×16000

=1288

式中:

　　　　U d2%————节能变压器短路阻抗百分数。

⑤负载漏磁无功功率Q d2/kvar

　　Q d2=S d22-P d22

=12882-651762

≈128613

⑥总无功损耗QΣ2/kvar

62

　　Q Σ2=Q 02+βP 2

Q d2

=2914+01942×128613

≈116610

⑦综合损耗P Σ2/kvar 　　P Σ2=P H2+K Q ・Q Σ2

=7018+011×116610≈18714

上述计算看出,新变压器综合损耗减少了3915kW 。312　3#主变更新为节能变压器的投资回收期计算

氨厂35kV 总变电站主变基本电费为每月18100元/kVA ,按优惠有功电费0125元/kWh 计算,年运行8760h ,变压器年损耗单位电费为:

K A =18100×12+0125×8760

=240610元/kW ・a 投资回收年限T/a T =A ×104/(P Σ1-P Σ2)K A

=(A 2-A 1)×104/(P Σ1-P Σ2)K A

=(68-10)×104/(22619-18714)×240610≈6式中:

A ————更新变压器投入资金/万元;P Σ1———泵变压器综合损耗/kW

A 2————节能变压器购买资金/万元;P Σ2———节能变器器综合损耗/kW A 1————旧变压器回收残值/万元。

电费缴纳按市场价015元/kWh 计算,只要3年就收回投资,经济效益是很可观的。313　经济合理性

变压器服役年限一般在20年以上,在公司谋发展的形势下,6年收回投资经济合理。此外,电费出现逐年升高的市场趋势,收回投资的年限还可能缩短。3#主变更新为设计先进、损耗低的节能变压器,每年减少电能损耗346020kWh ;主体免吊罩,20年不大修,节约运行维护费用约4万元;而且有效地保障3#主变的运行安全,提高其供电可靠性,同时减少噪音,优化工作环境,使公司获得的经济效益更加明显。314　我厂在用的高损耗配电变压器替换成S 10型变压器的节能潜力

我厂电网上共有50台变压器在运行,均为油浸式配电变压器,电压等级为6～35kV ,其中,S J 、S JL 、SL 型高损耗变压器还有22台,总容量为40500kVA ,许多是铝线、热轧硅钢片结构,是六、七十年代的产品,投入运行年限均在20年以上,损耗指标较高。如果将其全部替换成低损耗的S 10、S 11节能变压器,可以降低约160kW 的电能损耗,每年为企业节约电能140万kWh 以上,节电潜力很大,不但可缓解我厂计划内用电量,还可以减少电费的支出。计算结果见表4

表4　用S 10型变压器替代高损耗变压器的节能潜力

序

号

变压器型号

容量

/kVA

变压器损耗

大于S 10型,△P Σ/kW 替换前后电能损耗值

P Σ1/P Σ2电能损耗降低比值/%

台数

用S 10型年节电量/万kWh

备注1SFL Z 216000/35

16000≈391522619/18714171413416020散热器风扇消耗功率

3kW 2S J 1000≈710521174/14169321461815274其中有3台

未列入计算3SL 1250≈614024123/171832614211121284S J 、S JL 800≈612118138/12117331862711998其中有1台未列入计算

5SL 1、SL

1600≈810930168/22159

2614

74916079

6

合计40500

≈160

22

≈140

4　结束语

SZ 10-16000/35节能变压器在2003年10月已

投入运行。耗能高的旧变压器更新为节能变压器是国家90年代开始重点推广的新技术,要求在全国范

围内有计划分层次地逐步深入推广应用,在实际应用中已取得较高的经济效益,受到企业普遍欢迎。用低损耗的变压器替换这些高损耗的变压器,在当

前供电紧张和电费逐年升高的形势下,具有非常重

要的意义,这项技术必须大力推广应用。

参考资料

1　工厂常用电气设备手册编辑组1工厂常用电气设备手

册1水利电力出版社出版,1986年5月

2　张士林,屈文莺1电工手册1石油工业出版社出版,1990

3　杜澄修1电世界11982(10)作者简介:

骆川宁,男,1987年毕业于福州大学电力系统及自动化专业,工程师,现在三明化工有限责任公司合成氨厂动力车间。

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