分析新型配电变压器的节能应用

　　1.前言
　　当前，世界能源日益紧张，节能已经成为全社会共同关注与研究的课题。节能不仅是经济上的考虑，同时对减少环境污染也有重要意义。配电变压器作为使用最为广泛的电力设施，数量种类繁多，对节能减排有着重要意义。国家电网对此也很重视，特别规定新安装的配电变压器必须达到性能代号9以上。配电变压器存在数量巨大、型号复杂、难以管理的问题，需提高各方人员的节能意识，才能收到理想效果。如若将目前仍被大量使用的性能代号为7的高损耗变压器，更换成性能代号为11的低损耗变压器，只要约7年时间，就能将初期投资收回，还有环保效益。当前对配电变压器的安全性及变压器电能转换质量的要求也越来越高。因此，笔者认为有必要对配电变压器的应用进行探讨，以便更合理的使用配电变压器。
　　2.变压器的损耗
　　变压器有功损耗分空载损耗P0和负载损耗Pk，空载损耗主要由铁芯中的磁滞损失和涡流损失造成，这两种损耗皆由变压器的铁芯产生，因此空载损耗也称铁损。空载损耗与电压、频率、铁芯材质等因素有关，与负载大小无关，因此是相对固定的损耗。
　　额定负载损耗指一二次绕组都运行于额定电流状态下，一二次绕组产生的损耗，因一二次绕组都是铜绕组，因此也称为铜损。负载损耗随负载大小及运行温度的变化而变化。变压器无功损耗不直接产生实际电能损耗，可通过低压侧电容补偿。
　　3.新型配电变压器的节能原理
　　性能代号的涵义为：在S7型以上，空载损耗每降低约10%，代号“7”则在数字上加“1”。从S7型发展到S9型，负载损耗降低较多，平均为25%，后因没有突破性新材质，负载损耗下降较困难。所以性能水平代号以空载损耗降低为标准。以400kVA为例，S7型空载损耗920W，S11型空载损耗570W，下降38%。
　　常用的新型配电变压器是S11型叠铁芯变压器，分析损耗降低原理为：生产S11型变压器采用的是外高磁化力的高导磁硅钢片，片厚为0.27mm，单位铁损1W/kg，新S9型为普通硅钢片，片厚为0.35mm，单位铁损1.55W/kg。如果要使单位损耗进一步降低，就需进一步采用激光照射和机械压痕的措施，如日本采用激光照射的ZDKH冷轧取向硅钢片，0.27厚为0.93W/kg，0.23厚为0.85W/kg。硅钢片越薄，涡流的抵消效果越好，损耗越低。
　　为了降低损耗，硅钢片使用的厚度越来越薄，而片形越薄，刚度越差，给叠积铁芯造成困难，而卷铁芯变压器适宜使用薄型硅钢片。因卷铁芯几乎没有叠铁芯的叠接接缝，减少了磁阻，因此空载损耗小。卷铁芯变压器制作加工较困难(特别是630kVA以上的变压器)，专用设备投资大，容量越小的，卷铁芯优越性体现得越明显，但容量越大的卷铁芯的优越性就越显现不出来。
　　因此，卷铁芯产品尚不具备明显优势，近期不存在卷铁芯变压器取代叠铁芯变压器的趋势，但薄型高导磁取向硅钢片和非晶合金钢片的大量生产，卷铁芯制造专用设备的研究成功，卷铁芯变压器已被世界各国所重视，未来，卷铁芯变压器将会有更大的发展前途。目前，最节能的新型配电变压器是非晶合金铁芯变压器，简称非晶变压器，铁芯采用非晶合金卷制而成。非晶变压器的性能代号可达到16，相对于9系列，可降低空载损耗80%。金属熔化后在高温下分子不按晶格排列，缓慢冷却时，形成结晶态，当急速冷却时来不及按晶格排列而成非晶态，制造非晶合金时，其冷却速度为105～107K/s。非晶合金由铁、镍、铬、钴等金属添加硼、碳、硅、磷等非金属组成。非晶合金磁化功率小，磁滞损耗小，涡流损耗小，比用硅钢片铁芯的变压器空载损耗下降70%~80%。目前750kVA及以下非晶配电变压器已进入了商业化生产，制造商已达30多家。
　　非晶合金片厚度只有0.02～0.05mm，一般只适宜采用卷铁芯结构，当变压器容量较大时，不适合采用卷铁芯结构，应采用三相叠铁芯结构，此时可预先将若干片非晶合金粘合起来。
　　4.新型配电变压器经济效益的分析
　　配电变压器的损耗及目前市场价情况如表1、表2所示。由于应用场所的不同，干式变与油式变两者无法比较，只能是不同型号的油式变或不同型号的干式变之间作比较。
　　(1)几种油浸式变压器的比较
　　用S11替换S7，比较几年之内能收回成本(以较典型的400kVA容量为例)。如表1所示，S11比S7空载损耗减少0.35kW，负载损耗以平均负载率40%计，减少0.6kW，电价按普通工业电计为0.78元/kWh，每年因损耗减少节约电费为：(0.6+0.35)×24×365×0.78=6491元，收回成本年限为：50465/6491=7.7年，因此10kV配电室如果还要继续使用7.7年以上，单纯从经济方面考虑，用S11替换S7也是划算的，另外还有环境保护的意义尚未计算在内。再以S11-200替换S7-200以较，收回成本年限为8.7年;S11-800替换S7-800，收回成本年限为8.4年，其它容量就不例举了。
　　新建10kV配电室中，S11与S9的比较(以较典型的400kVA容量为例)。S11比S9空载损耗减少0.23kW，负载损耗一样，电价按普通工业电计为0.78元/kWh，每年因损耗减少节约电费为：0.23×24×365×0.78=1572元。S11与S9的价差为4588元，收回成本年限为：4588/1572=2.9(年)，因此变压器如要使用2.9年以上，单纯从经济方面考虑，使用S11型也是合算的，环境保护的意义尚未计算在内。再以S11-200与S9-200相比较，收回成本年限为2.9年;S11-800与S9-800比较，收回成本年限为2.7年，其它容量在此不一一例举。
　　新建10kV配电室中，SH16与S11的比较(以较典型的400kVA容量为例)。SH16比S11的空载损耗减少了0.41kW，负载损耗一样，电价按普通工业电计为0.78元/kWh，每年因损耗减少节约电费0.41×24×365×0.78=2801元，SH16与S11的价差为18351元，收回成本年限为18351/2801=6.6(年)，因此变压器如要使用6.6年以上，单纯从经济方面考虑，使用SH16也是合算的，环境保护的意义尚未计算在内。再以SH16-200与S11-200进行比较，收回成本的年限为6.9年;SH16-800与S11-800相比较，收回成本的年限为6.4年，其它容量不一一例举。