配電變壓器的節(jié)能潛力及評價方法

　　一、概述

　　我國配電變壓器通常是指電壓為35kV和10kV及以下、容量為6300kVA以下直接向終端用戶供電的電力變壓器。目前全國網(wǎng)上運(yùn)行的配電變壓器總電能損耗約為411億kWh，約占2000年我國總發(fā)電量的3.16%。盡管配電變壓器已是高效率的設(shè)備(95-99%)，但由于其數(shù)量巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即便有微小的改進(jìn)也能獲得相當(dāng)大的能源節(jié)約和減少溫室氣體的排放，因此其本身存在著巨大的節(jié)能潛力。

　　90年代后期，由于受到城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程的拉動，電力變壓器行業(yè)保持了良好的發(fā)展勢頭。根據(jù)最新的調(diào)查統(tǒng)計(jì)(2000年數(shù)據(jù)),全國在用變壓器總?cè)萘繛?7億5千萬千伏安。在網(wǎng)上運(yùn)行的35千伏和10千伏配電變壓器總?cè)萘繛?4億零3百萬千伏安,其中役齡超過20年的'64'和'73'系列高損耗變壓器的總?cè)萘繛?億3千8百萬千伏安(參見表1)。這些變壓器是按照六、七十年代標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，損耗非常高，如果花一定投資用S11去替換老舊變壓器，必定會獲得很大經(jīng)濟(jì)效益。依不同容量的計(jì)算，購置 S11變壓器去替換老舊變壓器的投資回收年一般只需2~3年(未計(jì)舊變壓器回收費(fèi)和拆裝費(fèi)條件)，其節(jié)能潛力巨大。值得一提的是，城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程所選用的油浸式配電變壓器設(shè)備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了由S7型向S9型的轉(zhuǎn)變

　　二、變壓器發(fā)展趨勢及產(chǎn)品特點(diǎn)

　　隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，新材料、新工藝的廣泛應(yīng)用，新的低損耗配電變壓器相繼開發(fā)成功。國內(nèi)許多變壓器制造廠商投入了大量資金引進(jìn)國外先進(jìn)的制造技術(shù)及設(shè)備，不斷研制開發(fā)低損耗變壓器和各種結(jié)構(gòu)形式的變壓器，如油浸變壓器已出現(xiàn)了比新S9系列更節(jié)能的S10、S11系列，新型干式變壓器的SC9系列以及非晶合金鐵心等低損耗產(chǎn)品都顯示了我國配電變壓器的節(jié)能潛力。

　　1、卷鐵心配電變壓器(S11型)

　　這種變壓器早在60年代已為一些發(fā)達(dá)國家所采用，近年來也在我國逐漸推廣, S11型卷鐵心變壓器適用范圍廣，性能水平優(yōu)于S9型變壓器，節(jié)約能源且經(jīng)濟(jì)指標(biāo)適中，與S9型變壓器相比，具備以下優(yōu)點(diǎn)：

　　● 空載損耗平均降低30%，空載電流平均下降70%;

　　● 變壓器噪音水平下降7-10dB，減少了對城鎮(zhèn)的噪音污染。

　　2、單相配電變壓器的使用

　　美國等世界多數(shù)國家早已在居民低壓配電的單相三線制系統(tǒng)中使用，對降低低壓配電損耗意義重大，這方面已有較多論著。變壓器多為柱上式，便于安裝并靠近負(fù)荷中心，通常為少維護(hù)的密封式。與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負(fù)載損耗都小，有效材料用量也少，價格低20~30%。我國在個別地方試改制后頗受用戶歡迎。

　　3、非晶合金配電變壓器

　　自1979年美國聯(lián)信公司發(fā)明非晶片至今，在全世界范圍作為樣品研制和少量生產(chǎn)使用，非晶合金配電變壓器的空載損耗比硅鋼片的下降70~80%，但至今未全面推廣使用的根本原因是價格較高。1998年上海置信公司引進(jìn)了美國GE公司的非晶合金鐵心變壓器的制造技術(shù)，其生產(chǎn)的SH-M型非晶合金鐵心密封式變壓器額定容量在50~2500kVA之間，空載損耗在34~700W之間，負(fù)載損耗在870~21500W之間，空載電流在0.5~1.5%之間，短路阻抗在4~4.5%之間。

　　4、干式配電變壓器

　　由于結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、防火阻燃、防塵等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在對安全運(yùn)行有較高要求的場合。以前干式配電變壓器用量較少，近年來發(fā)展很快，目前已約占配電變壓器總?cè)萘康?0% 左右，部分大城市已占到50%。

　　* 環(huán)氧樹脂干式變壓器在國內(nèi)取得了很大的發(fā)展。目前國內(nèi)能生產(chǎn)最高電壓35kV最大容量20000kVA的環(huán)氧樹脂干式變壓器。SC9型為干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老式產(chǎn)品大大降低，比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低87.52%、負(fù)載損耗平均降低10.27%; 對比S9油浸式空載損耗平均降低17.34%、負(fù)載損耗平均降低23.88%。另外變壓器噪音水平也顯著降低。我國和歐洲多使用這一類型干式變壓器。

　　* 浸漬式干式變壓器(或稱做Nomex紙型)是干式變壓器應(yīng)用最早的一種結(jié)構(gòu)，發(fā)展為敞開式通風(fēng)干式變壓器(OVDT)，繞組層間、匝間絕緣采用聚脂纖維紙或聚芳胺合成紙(NOMEX紙)。這種結(jié)構(gòu)的繞組經(jīng)真空壓力浸漆(VPI)工藝處理后有足夠的承受短路能力。因?yàn)镹omex紙耐溫等級為C級(220℃)，是耐高溫絕緣材料，具有阻燃、防潮及優(yōu)良環(huán)保特性，允許長時間大負(fù)荷過載，運(yùn)行可靠性較高。目前這種變壓器占美國市場干式變壓器的85%。

　　5、箱式變壓器

　　又稱高低壓預(yù)制式變電站。大部分功能部件與變壓器器身均浸入變壓器箱內(nèi)，由變壓器制造廠生產(chǎn)。變電站靠近負(fù)荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能配電變壓器之列。

　　綜上所述，配電變壓器的發(fā)展趨勢應(yīng)是：

　　1) 低損耗，尤其較低的空載損耗;

　　2) 低噪聲，尤其空載噪聲要低;

　　3) 全密封，使變壓器油不與外界空氣接觸，滿足免維修要求;

　　4) 保護(hù)裝置裝入油箱中;

　　5) 能滿足環(huán)網(wǎng)供電要求，低壓側(cè)能多路輸出;

　　6) 無外露帶電部分，使用安全。

　　采用非晶鐵芯的組合式配電變壓器是理想的發(fā)展方向。目前適合國內(nèi)需求的產(chǎn)品是節(jié)能的S9型及S11型配電變壓器。對有防火要求的場所而言，可采用環(huán)氧樹脂繞注的干式配電變壓器。

　　三、重點(diǎn)用電行業(yè)中配電變壓器的節(jié)能潛力

　　重點(diǎn)用電行業(yè)變壓器老化嚴(yán)重。五個重點(diǎn)用電行業(yè)，即鋼鐵、水泥、化肥、氯堿、電解行業(yè)的配電變壓器總保有量為87,607臺，總?cè)萘繛?8,225.5萬千伏安(參見表2)。其中，役齡超過20年的'64'和'73'系列高損耗配電變壓器的總?cè)萘繛?,204萬千伏安。大型企業(yè)中變壓器老化嚴(yán)重，'64'和'73'系列高損耗變壓器平均約占總量的29%(參見表3)。但是，過去5年中這些老舊高損耗配電變壓器的替換水平平均每年僅有1.5%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于老化速度。而未來5年計(jì)劃的替換水平平均每年僅有0.4%。

　　重點(diǎn)耗電行業(yè)的一個共同特征是：變壓器分布呈集中化、規(guī)模化狀態(tài)。雖然大型企業(yè)占行業(yè)企業(yè)數(shù)的1～3%，但產(chǎn)量、變壓器保有量卻達(dá)到全行業(yè)的30%左右。單個重點(diǎn)大型企業(yè)與小企業(yè)的變壓器保有量相差在百倍以上。

　　從行業(yè)的生產(chǎn)集中程度看：除水泥行業(yè)外，其他幾個重點(diǎn)耗電行業(yè)的集中程度均很高，以電解行業(yè)為最。少數(shù)大中型企業(yè)在產(chǎn)量、產(chǎn)值、變壓器保有上占絕對的多數(shù)。

　　水泥行業(yè)電力成本約為20%左右，較其他行業(yè)25%以上的水平相對偏低。企業(yè)規(guī)模相對分散，變壓器的分布比較分散，大企業(yè)沒有絕對優(yōu)勢，但由于企業(yè)數(shù)量大，導(dǎo)致總的保有量大。

　　由于老舊變壓器擁有量大，大型企業(yè)將是替換老舊變壓器的主要受益者。與新型的S9變壓器相比，役齡超過20年的'64'和'73'系列平均每千伏安容量每年比S9系列多耗電70度以上。如果用S9系列變壓器替換這些'64'和'73'標(biāo)準(zhǔn)的老舊變壓器，以上5個重點(diǎn)用電行業(yè)每年可節(jié)電15.428億度。這些工業(yè)企業(yè)每年可因此而共降低成本7.7億元。替換老舊變壓器后，5個行業(yè)中每個大型企業(yè)的平均每年節(jié)能收益如下：電解行業(yè)大型企業(yè)-519萬元;化肥行業(yè)大型企業(yè)-167萬元;水泥行業(yè)大型企業(yè)-61萬元;氯堿行業(yè)大型企業(yè)-173萬元;鋼鐵行業(yè)大型企業(yè)-472萬元。

　　替換老舊高損耗變壓器，不僅能給變壓器用戶企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)效益，還能帶來一系列社會效益。在環(huán)境效益方面，因節(jié)電可降低發(fā)電廠的二氧化碳排放量127萬噸;可為變壓器工業(yè)增加產(chǎn)量45%，增加產(chǎn)值1.47億元;為電線電纜行業(yè)增加產(chǎn)值5.51億元;為硅鋼片制造業(yè)增加產(chǎn)值3.3億元;為化學(xué)工業(yè)增加產(chǎn)值8800萬元。對國民經(jīng)濟(jì)的直接拉動共11.16億元。

　　四、節(jié)能型變壓器的推廣政策及標(biāo)準(zhǔn)

　　1996年美國電氣制造商協(xié)會公布了NEMA TP-1標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同容量的變壓器的最低能效值。依照該標(biāo)準(zhǔn)選購變壓器，能夠減少能源損失50%。從目前來看，盡管該標(biāo)準(zhǔn)存有一定的局限性，但它畢竟為今后完善變壓器標(biāo)準(zhǔn)提供了基礎(chǔ)。該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施得到了美國能源部的大力支持。為了使美國的電力企業(yè)對所采購的變壓器做出合理的判斷，美國電氣制造商協(xié)會依據(jù)NEMA TP-1標(biāo)準(zhǔn)給出了一種特有的經(jīng)濟(jì)分析方法--總擁有費(fèi)用法(TOC)?？倱碛匈M(fèi)用法是一種評價變壓器能源效率比較全面的方法，根據(jù)比較不同價格和不同效率水平的變壓器的總擁有費(fèi)用，按照總擁有費(fèi)用最低來選擇變壓器。該方法已經(jīng)成為了美國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，目前有80%多的電力投資者都按TOC方法來評估所采購的變壓器。

　　美國能源部和環(huán)保署于1998年共同發(fā)起了推廣高效低損耗配電變壓器的“能源之星變壓器計(jì)劃”。該計(jì)劃是一項(xiàng)鼓勵電力企業(yè)在配電系統(tǒng)中采用高效低損耗配電變壓器的自愿節(jié)能計(jì)劃。通過采用高效低損耗配電變壓器，可以使能源成本降低1.5美分/千瓦時，而發(fā)電成本平均降低3美分/千瓦時。與其它提高能效及環(huán)保的計(jì)劃相比，該計(jì)劃只需較少的投入便可以達(dá)到提高效率和競爭能力的目的。