节能分析与应用.doc

新型配电变压器的节能分析与应用探讨 2009-04-08 16:50:30作者：周骁 黄文艳 徐建超来源：浏览次数：655文字大小：【大】【中】【小】简介：摘 要 文章介绍了变压器损耗的组成及形成原因，综合考虑了新型配电变压器的节能效果与销售价格因素，分析了新型变压器使用的经济效果；具体分析了新型变压器的节能原理，即新工艺、新材料的使用；探讨了目前使用很少但前 .关键字：变压器 节能 摘 要 文章介绍了变压器损耗的组成及形成原因，综合考虑了新型配电变压器的节能效果与销售价格因素，分析了新型变压器使用的经济效果；具体分析了新型变压器的节能原理，即新工艺、新材料的使用；探讨了目前使用很少但前景较好的两种高燃点油变压器的应用价值；讨论了目前应用较多的两种干式变压器的各自特点及使用情况以及配电变压器两种联结组别的优缺点及在实际应用中存在的问题。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，更换成性能代号为的低损耗变压器，只要约年时间，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和负载损耗，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：在型以上，空载损耗每降低约，代号“”则在数字上加“”。从型发展到型，负载损耗降低较多，平均为，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k为例，型空载损耗，型空载损耗，下降。常用的新型配电变压器是型叠铁芯变压器，分析损耗降低原理为：生产型变压器采用的是外高磁化力的高导磁硅钢片，片厚为，单位铁损W/，新型为普通硅钢片，片厚为，单位铁损W/。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冷轧取向硅钢片，厚为W/，厚为W/。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k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，相对于系列，可降低空载损耗。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/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。目前k及以下非晶配电变压器已进入了商业化生产，制造商已达多家。非晶合金片厚度只有，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（见表1）用替换，比较几年之内能收回成本（以较典型的k容量为例）。如表1所示，比空载损耗减少k，负载损耗以平均负载率计，减少k，电价按普通工业电计为元/kh，每年因损耗减少节约电费为：（）元，收回成本年限为：/年，因此k配电室如果还要继续使用年以上，单纯从经济方面考虑，用替换也是划算的，另外还有环境保护的意义尚未计算在内。再以替换以较，收回成本年限为年；替换，收回成本年限为年，其它容量就不例举了。新建k配电室中，与的比较（以较典型的k容量为例）。比空载损耗减少k，负载损耗一样，电价按普通工业电计为元/kh，每年因损耗减少节约电费为：元。与的价差为元，收回成本年限为：/（年），因此变压器如要使用年以上，单纯从经济方面考虑，使用型也是合算的，环境保护的意义尚未计算在内。再以与相比较，收回成本年限为年；与比较，收回成本年限为年，其它容量在此不一一例举。新建k配电室中，与的比较（以较典型的k容量为例）。比的空载损耗减少了k，负载损耗一样，电价按普通工业电计为元/kh，每年因损耗减少节约电费元，与的价差为元，收回成本年限为/（年），因此变压器如要使用年以上，单纯从经济方面考虑，使用也是合算的，环境保护的意义尚未计算在内。再以与进行比较，收回成本的年限为年；与相比较，收回成本的年限为年，其它容量不一一例举。（2）干式变压器的比较（见表2）新建k配电室中，与进行比较（以较典型的k容量为例）。比的空载损耗减少k，电价按普通工业电计为元/kh，每年因损耗减少节约电费元，与的价差为元，收回成本年限为/（年），因此变压器如要使用年以上，单纯从经济方面考虑，使用也是合算的，环境保护的意义尚未计算在内。再以与相比较，收回成本的年限为年，与相比，收回成本的年限为年，其它容量不一一例举。5 高燃点油变压器应用前景目前，广泛应用的绝缘液体仍然是矿物油系变压器，缺点是燃点较低，只有，防火性能差。干式变压器完全防爆但价格较高，高燃点油防火性能好，燃点达以上，价格仅为干式变压器的0%，性价比高。高燃点油主要有油、硅油、油、油、氟油等。最常用即性价比最高的是油和硅油。油可完全生物降解，对环境无污染，与硅钢片铜线绝缘相容性好，燃点为，在高燃点油里价格最便宜，应用前景很好。硅油燃点为，即使燃烧起来，产生的二氧化硅覆盖在表面，隔绝空气后会自行熄灭，防火性比油更好；硅油无毒性，但不能生物降解；硅油价格比油略高，应用前景也较好。在温州地区选用变压器时，有些不宜用普通油浸式变压器，如大楼的底层设配电室，以前只要大楼非住宅非商务，变压器室门能开向室外，多采用普通油浸式变压器，随着消防防火等要求的提高，应一致采用干式变压器。干式变压器的造价是油浸式变压器的两倍多，投资过大，如用在大楼底层，门又能开向室外的情况，采用高燃点油变压器，防火要求已足够，造价却仅为干式变压器的倍，性价比高。但到目前为止，该地区还没有采用过高燃点油变压器，应尝试采用。6 干式变压器的选用新型干式变压器目前常用的主要有两种，即环氧树脂烧注式（）；用诺迈克纸作绝缘的敞开式干式变压器（）。因绝缘材料耐热性能不同，型绝缘耐热等级通常只能为级（最高充许温度为），型绝缘耐热等级能做到级（最高允许温度为）。干式变如果铁芯采用非晶合金材料，同样，空载损耗水平可达到或性能等级水平，与型变压器相比，空载损耗降低（以浙江昌泰科技提供的资料为据）。干式变压器冷却方式分为自然空气冷却和强迫空气冷却，干式变一般应安装温控强迫风冷，以能够过负载运行。环境温度，自然冷却油浸式变压器过负载情况下允许运行h，干式变散热效果差，加装强迫风冷可以弥补不足，甚至过负载能力超过自然冷却的油浸式变压器。环境温度，以自然空气冷却时，干式变长时间过负载能力最多只能达到，加装温控强迫风冷后，可达到过负载能力。型变压器使用历史较久，目前在干式变领域市场占有率达以上，但因环氧树脂无法降解，从环保角度来看，销毁绕组会成问题，而且型干式变其绝缘耐热等级一般只能达级，过负载能力不如级。用诺迈克纸作绝缘的新型型变压器其绝缘耐热等级为级，而且诺迈克纸可以进行无毒焚化处理，环保性好，防火防烟性能也比环氧树脂式更好，因此发展较快，应用也越来越多。这里需要指出的是，干变的负载损耗往往比的略低，这是因为的耐热等级高，绝缘允许温升高，因此高低压铜绕组的允许电流密度大于的铜绕组，损耗相应略高。国家标准也正是综合考虑了允许温升、制造成本、损耗三个因素制订出来的。国标中负载损耗包封式（）比非包封式（）略低，厂家根据国标生产，因此出现负载损耗略高。国家标准是厂家参考的最低标准，如果能提高成本，增加铜材，自然能生产出负载损耗更低的变压器。7 配电变压器联结组的选择随着时代的发展，人们对供电可靠性，电能质量要求越来越高。会出现电能质量不高的现象，如电压不稳定，电压偏移，谐波较严重等情况，一般会被认为是负荷较重，三相不平衡，用电设备产生谐波，而不会采用合理选用变压器的联结组以大大减轻电压偏移的方式，抑制谐波。配电变压器常用的两种联结组是联结和联结，首先谈谈两种联结组的优缺点：联结有利于节约绝缘材料，制造简单，损耗略小，空载损耗低，负载损耗低，制造成本低。但联结抑制谐波的能力差，三相负荷不平衡会使低压电网中性点偏移严重，二次侧单相短路电流小，不利于快速切除故障。联结的变压器零序阻抗是接线方式的倍，因此不平衡电流产生的零序电压也达倍，导致联结的变压器电压偏移量明显高于联结方式，联结的中性线电流只允许额定电流的，而联结方式可允许达，并且一相熔丝熔断时，联结变压器另两相仍可运行。联结有利于抑制高次谐波电流，一次侧接成三角形条件下，可在一次侧形成环流，不致注入公共电网。因零序阻抗原因，联结的变压器单相短路电流为联结的倍，有利于低压单相短路故障的切除。很多设计人员并未注意到联结组这个问题，以前设计采用联结方式，就一直采用联结方式。厂家从制造成本和使用习惯考虑，会优先推荐联结方式，有些选型资料里，只提供联结方式，而不说明还可以是联结，很多设计人员，以为配电变压器只有联结方式或认为联结方式是常规方式不会错。有时设计人员已经注意到这个问题，设计时已采用联结，但厂家从以前的制造习惯出发，并未仔细看图纸，经常图纸上虽是联结而实际却是联结，验收时，往往并无设计人员参加，很多验收人员又没有注意到这个问题。运行与设计间的信息脱节，也造成联结推广较困难，运行人员往往不会将运行情况通知设计人员，采用联结，运行中经常会导致电压不稳定，但只要不严重，往往无人过问，即使产生较严重的后果，运行人员也往往意识不到是联结组别的问题。8 结束语综上所述，使用新型配电变压器，虽初期投资略大，但若干年后就能因节能收回成本，即使使用最先进节能的“”型变压器，成本收回期也最多只有多年，更不用说环保效果了，一般一座k配电室使用年限起码在年以上。但因为缺乏节能意