节能型油浸式配电变压器应用分析

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　　摘要：分析S11、S13和SH15配电变压器的节能原理和特点，采用总拥有费用TOC法进行技术经济评估，推广使用节能型油浸式配电变压器。
　　关键词：配电变压器；节能；经济分析
　　作者简介：黄双（1979-），男，广东惠州人，惠州惠城供电局，工程师。（广东 惠州 516001）
　　中图分类号：TM411     文献标识码：A     文章编号：1007-0079（2011）24-0134-02
　　
　　变压器是电力生产传输过程中的重要设备，从发电、供电到用电需要经过三至五次变压过程。其中，配电变压器是整个电力系统的末级变压器，数量多，损耗占全网损耗的20%以上。因此，降低配电变压器损耗可以有效降低电网总损耗，提高节能效果。2006年，为了大力推动配电变压器的节能应用，国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合发布了《GB200520-2006 三相配电变压器能效限定值及节能评价值》。该标准明确要求当年油浸式配电变压器的能效限定值与S9型配电变压器的损耗水平相当；2010年起油浸式配电变压器的能效限定值及节能评价值要与S11型配电变压器的损耗水平一致。目前，S11、S13和SH15型油浸式配电变压器的空载损耗和负载损耗均满足节能评价值的要求，属于节能型配电变压器。
　　一、节能原理和特点
　　1.S11型配电变压器
　　S11系列包括卷铁芯和叠铁芯两种。S11卷铁芯配变的特点就是铁芯由硅钢片不间断连续卷制而成，在片形上没有接缝，充分利用了硅钢片的取向性，大大减少了磁阻。S11叠铁芯配变的特点是铁芯由高性能硅钢片叠压制成，充分利用优质硅钢片的高导磁、低损耗特性，有效降低空载损耗。
　　2.S13型配电变压器
　　S13型变压器采用更加优质的高导磁硅钢片，运用激光照射和机械压痕等先进的制作工艺措施减小硅钢片厚度，进一步减少磁阻，降低损耗。其中S13型立体卷铁芯配变在同等条件制造过程中，可以节省硅钢20%左右，节省铜3%左右，相当于减少了一次能源消耗，是在制造过程中也节能的变压器。
　　3.SH15非晶合金配变
　　SH15非晶合金配变的铁芯是由非晶合金材料制成。与硅钢的晶体结构完全不同，非晶合金是无晶粒原子结构，一个个原子无规则地分布在材料的基体中，呈现玻璃状组织结构，更利于被磁化和去磁。因此，非晶合金材料磁性、磁导率、激磁电流和铁损等软磁性能高于硅钢片，特别是它的铁损低（为取向硅钢片的1/3～1/5），用来代替硅钢作为变压器铁芯可降低变压器空载损耗60%至70%。
　　通过采用各种节能降损的设计结构、制造工艺和铁芯材料，使得S11、S13和非晶SH15型配变的空载损耗达到表1所示水平。S11型的空载损耗约比S9型降低约30%，S13型的空载损耗约比S9型减低约50%，非晶SH15型的空载损耗约比S9型降低约75%。
　　二、技术经济评价
　　1.损耗值与价格的关系分析
　　采用增加铁芯截面和绕组导线截面的方法来降低电磁密度和电流密度，从而降低损耗，必然增加材料的用量，提高制造成本；生产卷铁芯变压器需要使用新型的设备，购进这些设备的费用较高，同样提高了制造成本；用于制造非晶合金变压器的铁基非晶合金材料价格相对硅钢片较贵，使得非晶合金变压器价格相对较高。
　　可见，采取改变设计结构、运用新的制造工艺和使用新型材料等措施来降低配电变压器的损耗，势必增加制造成本，提高产品价格。目前，配电变压器的产品价格与损耗参数基本成反比关系，即相同容量的配电变压器，损耗值越低，产品的价格也就越高。
　　2.总拥有费用TOC法
　　如果在变压器采购和应用中，只注重变压器本身的采购价格，而忽略了变压器运行过程中损耗的费用，就意味着没有对其进行科学地综合考虑――全生命周期价格分析。变压器的全生命周期价格主要包括变压器的购置价格和使用寿命期内空载损耗的等效初始费用及负载损耗的等效初始费用。由于维修体制的不统一，维修方法的不同，不确定因素也多，变压器使用寿命期内的维护费用难以评估，故暂不考虑。
　　国际上有许多评价变压器能效的方法，其中总拥有费用TOC（Total Owning Cost）法应用最广。通过分析计算各可行技术方案下的变压器总拥有费用――全生命周期价格，选择费用最少的方案作为最佳经济方案的分析方法，称为总拥有费用TOC法。在美国约有超过80%的电力投资方按总拥有费用TOC法评估所采购的变压器，欧盟各国也普遍采用类似的方法进行配电变压器的能效评价。2006年，由国家改革和发展委员会发布的《DL/T 985-2005 配电变压器能效技术经济评价导则》正式开始实施。该标准等效采用美国全国电气制造商协会2002年颁布的NEMA TP1―2002《配电变压器能效评价指南》，核心就是总拥有费用TOC法。
　　与以往国内所采用的技术经济分析方法（如10年变电成本计算法等）不同，TOC法在计算综合费用时充分考虑到投资者的预期回报率（即贴现率）。该方法综合考虑了变压器价格、损耗、负荷特点、电价等技术经济指标对变压器经济性的影响，是变压器在使用期间总的经济代价的评价。
　　用总拥有费用最低的方法评价和选择变压器，可以形成一个比较简明的量化概念，有助于投资者从经济效益和技术角度合理地认识和选择配电变压器。
　　3.总拥有费用TOC法计算公式
　　计算公式：
　　TOC= CI+（A×Po+B×Pk）/1000
　　式中：CI――变压器设备的初始费用，元；Po――变压器额定空载损耗，W；Pk――变压器额定负载损耗，W；A――变压器单位空载损耗的等效初始费用，元/kW；B――变压器单位负载损耗的等效初始费用，元/kW。
　　单位空载损耗的等效初始费用A系数是指在整个配电变压器经济使用期内，每单位千瓦空载损耗所引起的费用总支出的贴现值。单位负载损耗的等效初始费用B系数是指在整个配电变压器经济使用期内，每单位千瓦负载损耗所引起的费用总支出的贴现值。对于供电企业和非供电企业，A和B系数的确定方法不同。对于供电企业，单位空载损耗费用和负载损耗费用与发电、输电和配电的整个过程投资和运行方式关。对于非供电企业，单位空载损耗费用和负载损耗费用则主要与该企业所负担的电价及变压器运行方式有关。
　　在不考虑供电网的附加损耗费用、平均年增量费用，以及假定变压器在经济使用期内负载率不变的情况下，变压器综合能效费用计算公式可简化为：
　　TOC= CI+Kpv×E×（Hpy×Po+τ××Pk）/1000
　　Kpv={1-1/（1+i）n}/i
　　式中：Kpv――贴现率为 i 的连续 n年费用现值系数；n――变压器经济使用年限；i――年贴现率，不低于同年期银行贷款利率值；E――该变压器用户的平均销售电价；τ――年最大负载损耗小时数；βo――变压器的初始负载系数，标幺值。
　　[示例1]某机械制造企业拟安装1台电压等级为10kV、容量为630kVA的油浸式配电变压器，比较选用S9、S11、S13和SH15配电变压器的TOC值。
　　CI初始费用取2011年的市场参考价格，S9、S11、S13和SH15型配电变压器价格分别为62873元、78591元、86450元和92886元。n使用年限取 20年，i贴现率取 8%，查2008年南方电网公司颁发的《配电变压器能效标准及技术经济评价导则》的数据，Kpv=9.8181。E购电成本取 0.73元/kWh，Hpy年带电小时数取8760h。机械制造业的τ，βo值参考2008年南方电网公司颁发的《配电变压器能效标准及技术经济评价导则》的数据，τ=3400h、βo=0.6。Po、Pk参考表1的数值。
　　TOCS9=62873+9.8181×0.73×（8760×1200+3400×0.62×6200）/ 1000=192630（元）；
　　TOCS11=78591+9.8181×0.73×（8760×810+3400×0.62×6200）/ 1000=183858（元）；
　　TOCS13=86450+9.8181×0.73×（8760×570+3400×0.62×6200）/ 1000=176645（元）；
　　TOCSH15=86450+9.8181×0.73×（8760×320+3400×0.62×6200）/
　　1000=167382（元）。
　　由TOC值计算结果可知，该企业新增配电变压器经济运行20年时，采用S11型、S13型和非晶SH15型配变经济性明显优于S9型；采用S13型和非晶 SBH15型配变经济性优于S11型。
　　[示例2]在示例1中，选用SH15型配变相对于S11型配变的投资回收期。
　　SH15型配变的价格比S11型增加：92886-78591=14295元。
　　SH15型配变的年损耗费用比S11型减少：0.73×（8760×810+3400
　　×0.62×6200）/1000-0.73×（8760×320+3400×0.62×6200）/1000=3133元。
　　投资回收期：14295÷3133=4.56年。
　　由计算结果可知，选用SH15型配变比S11型增加的初期投资，可以在4.56年收回投资（不考虑资金的年投资价值）。
　　三、结语
　　S11、S13和非晶SH15配电变压器采用各种节能降损的设计结构、制造工艺和铁芯材料，有效降低了变压器的空载损耗和负载损耗，相比S9配电变压器降损效果突出。在配电变压器的运行过程中，由于负荷特点及负荷率不同，采购的变压器价格不同，并非都是损耗最小的变压器TOC值最经济。应用总拥有费用TOC法采购和选用配电变压器，关键在于根据预测的负荷特点计算A、B值，结合变压器厂家投标时报出的损耗值和价格，计算出TOC值。合理、经济地选择低损耗的S11、S13和非晶SH15油浸式配电变压器，可以为投资者带来明显的经济价值，实现节能环保的社会效益。
　　
　　参考文献：
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　　（责任编辑：麻剑飞）

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