大庆油田10kV级高耗能变压器节能技术改造可行性研究
2011-11-16杨军大庆油田电力集团供电公司
杨军（大庆油田电力集团供电公司）
大庆油田10kV级高耗能变压器节能技术改造可行性研究
杨军（大庆油田电力集团供电公司）
大庆油田经过几十年的开发，抽油机井遍布整个油田，其10 kV级配电变压器有近4万台。目前大部分变压器都是高耗能变压器，属淘汰、落后产品，S9、S11型等新型变压器只有20%左右。电能通过变压器和输电线路要损失10%左右，而变压器损耗约占7%，年变压器损耗电量将达到十几亿kW·h，耗能是惊人的，同时也有很大的节能潜力。针对目前油田抽油机在用的各种高耗能变压器现状，对不同时期不同型号的产品的性能指标进行综合分析，结合产品测试情况，提出节能技术改造方案并进行经济效益分析，为油田10 kV级高耗能变压器产品节能技术改造提供参考。
10 kV级变压器 高耗能 节能改造 可行性
D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.002
能源是人类赖以生存的物质基础。目前，我国正处在经济社会发展的重要阶段，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，工业化、城镇化进程加快，能源需求将大幅度增加。人均能源资源占有量少、国内保障程度低，从长远和总量上看能源供给不足是我国的基本国情。我国政府历来重视节能工作，2007年2月，国家发改委、科技部修订完成了《中国节能技术政策大纲（2006年）》，提出重点研究、开发、示范和推广的重大节能技术，限制和淘汰高耗能工艺、技术和设备。修订后的《大纲》在5.1.5条“建设坚强电网，加强无功补偿，实施电网经济运行技术，降低电网损耗”中提出：“推广生产和应用低损耗变压器、低能耗导线、金具等节能型配电设备及附件。2010年前，淘汰电网在役的S7型及“73”、“64”型高耗能变压器设备。”《中国节能技术政策大纲》的发布实施，对推动我国节能技术进步，大力推广应用节能产品具有重要意义。
据统计，我国主要通用设备如工业锅炉、各种电动机、电力变压器、风机、泵、内燃机、汽车等，年消耗能源占全国总能耗的50%以上，总体能源利用效率比国外先进水平低10%～15%。采用高效节能变压器，对在线变压器进行合理匹配，采用经济运行节电技术势在必行[1]。
1 油田在用变压器的历史发展
大庆油田经过50多年的开发，抽油机井星罗棋布，其专用10 kV级配电变压器有近4×104台，目前大部分采用‘64’、‘73’及S7型高耗能变压器，S9、S11型变压器只有20%左右。
按变压器技术参数水平进行分析，油田配电变压器可分为四代产品。第一代变压器称为热轧硅钢片变压器，是五六十年代生产的以仿苏为主的老产品，按照JB 500－1964部颁标准生产，损耗高、效率低、性能差。相应的产品有：SJ、SJ1、SJ2、SJ3、SJ4、SJL、SJL1型等变压器，这些产品的铁心材料都是热轧硅钢片，其性能参数都是落后的。第二代变压器称为冷轧硅钢片变压器，其基础标准是GB 1094—1971和GB 1094—1979及性能标准JB 1300～1301—1973合起来构成中小型电力变压器产品的中期标准，又称“73”标准。相应的产品有：S、S1、S2、S5、SL、SL1、SL3型等变压器。第三代变压器是20世纪80年代中期出现的低损耗节能型变压器，基础标准是GB 1094.1～5—1985，性能标准是GB 6451.1—1985《三相油浸电力变压器基本技术参数和要求》。相应的产品有：SL7、S7型等变压器。至90年代末期，随着冷轧硅钢片材料性能的提高以及新技术、新结构、新工艺的应用，S7型变压器也被视为高能耗产品，由S9型取而代之，它进一步降低了变压器的损耗，成为目前在油田运行的主要节能变压器之一。
2 高耗能变压器改造可行性技术分析
由于油田有10 kV级高耗能变压器近4×104台，电费支出在油田吨油成本所占的比例逐年增大。为了降耗增效，自2000年以来，开展了10 kV级高耗能变压器的节能技术改造，如SL、SL1、SJL、SJ、SL7、S7型等老型号变压器的降耗改造工作。通过计算机专用设计软件进行优化设计，改变变压器绕组参数，变压器磁通密度、电流密度，使电磁参数达到最佳匹配，从而大幅度降低了变压器空载损耗和负载损耗。S7型改造后总损耗平均可降低30%以上，SL、SL1、SJL型总损耗降低将会更多。改造后通过产品质量和性能检测，变压器整体技术水平达到国家低耗变压器标准中的技术要求，节能效果显著。累计改造了近百台油田电网中的配电变压器。
由于配电变压器生产厂家较多，各家设计参数都有所不同，使改造变得复杂化，每台需要改造的变压器都要进行原始性能测试。因变压器型号不同，所采用的材质也不同，导磁材质分冷、热硅钢片，导线材质分为铝、铜线，对此改造时采用的方法也不同。现除了由于变压器生产年限较早、铁心材质较差，已没有改造价值外，结合测试手段，对SL、SL1、SJL型变压器和SJ、SL7、S7型变压器制定了改造技术方案。
2.1 SL、SL1、SJL型变压器的降耗改造
（1）更换高、低压线圈，铝线改为铜线，选取合适电流密度，达到降低负载损耗的目的。
（2）铁心利旧，根据变压器铁心所采用的硅钢片实际测试情况，对铁心结构不作任何改变，通过优化设计，选取合适的磁通密度，达到降低空载损耗的目的[2]。
（3）如果变压器铁心所采用的硅钢片单位损耗较大，可以采用降低容量的方式。一般将额定容量降低到80%，基本可达到低损耗变压器性能标准。该方法特别适用变压器容量配置不合理的状况，可改善“大马拉小车”现象。
（4）变压器油回收利用，变压器油通过油再生技术进行回收利用，降低改造成本。
（5）为了提高耐受短路力，绝缘材料选用了热缩带、点胶纸等新材料和一些新的组件和紧固件，提高了绝缘性能和变压器过负载能力。
（6）更换各部密封胶垫、导线加紧木件等。
SL1型改造后与S9型的性能对比见表1。
表1 SL1型改造后与S9型性能对比
2.2 SJ、SL7、S7型变压器的降耗改造
（1）SJ、SL7、S7型变压器改造时，铁心窗口尺寸不变，保持变压器容量不变。
（2）绕组如果是铝线则改为铜线，绕组的填充系数小于或等于改造前旧绕组的填充系数，绕组采用S9型结构。
（3）在线圈设计过程中，通过选取合适的导线截面并适当增加线圈匝数，改变电磁参数，达到降低空载损耗和负载损耗的目的。
SL1型改造后与S7型的性能对比见表2。
表2 S7型改造后与S9型性能对比
（4）在更换绕组降低铁心磁密的同时可以改变铁心叠积结构，把变压器的二阶交错接缝改为三阶接缝，更进一步降低空载损耗和空载电流。对于硅钢片材质和铁心制造工艺较差的变压器，可以更换部分铁心硅钢片以达到S9型的标准要求。
表3 S7型与S9型变压器运行一年耗电费用比较
（5）其他技术要求与3.1中的（4）、（5）、（6）类似。
总之，通过理论和实际改造证明，高耗能变压器根据不同型号、不同材质，经过不同的优化设计后，改变电磁参数、更换参与电磁变换的绕组，降低空载损耗和负载损耗，在技术上是可行的。S7型与S9型变压器运行一年耗电费用的比较见表3，S7型改S9型所需材料见表4[3]。
3 经济效益分析
高耗能变压器改造体现了优化设计为主、选材与工艺相辅的结果，使产品性能和结构方面都能达到S9型的水平，符合GB/T 6451—2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》之规定，并可以取得较好的经济效益。
（1）高耗能变压器为油田节能工作开辟了一条新途径。就S7型变压器改造前后对比来说，其空载损耗平均降低10.40%，负载损耗平均降低24.43%，平均年节电3 573元/台，运行费用平均下降18.66%。若比对改造前后的SL、SL1、SJL型等变压器，其节电效果将会更好，社会效益将更大。
表4 S7型改S9型变压器所需的材料
（2）可以节省购置新设备的投资，大量的高耗能变压器的重新利用，符合国家能源政策要求。
（3）改造投资少，见效快，回收年限短，平均费用只相当于新产品的44.78%。
（4）由于变压器型号复杂、容量较多，必须根据单台变压器实测情况逐一进行设计，设计工作量较大，且每台改造工艺流程也各不相同，相对增加了一定的人工成本。
[1]张国治，李魁生.低损耗变压器的维护和检修[M].北京：中国电力出版社，1987.
[2]邱士仪.电力设备可靠性维修[M].北京：中国电力出版社，2004.
[3]董其国.电力变压器故障与判断[M].北京：中国电力出版社，2001.
杨军，2001年毕业于哈尔滨工程大学，工程师，从事变压器检修、维护工作，E-mail：Yangjunabc1234@163.com，地址：大庆油田有限责任公司电力集团供电公司，163453。
2011-04-29）
