生力(广东)啤酒有限公司 李泽民

关于工厂变压器节能设计的方法及意义的分析探讨

生力(广东)啤酒有限公司 李泽民

文章主要介绍了变压器的具体特点和性能,并进一步对其在实际应用过程中的节能效果进行了细致分析,指出了其在节能方面的显著特征,并希望其能在大范围内得到推广使用。

变压器容量特点选择节能

随着国民经济的飞速发展,对电力需求快速增长,电力建设也加快步伐,但能源的过度消耗加剧了环境的恶化,节能减排的呼声也越来越强烈,作为国民经济支柱的电力行业首当其冲。电力在输送的各个环节均存在不同程度的损耗,而变压器广泛配置在各个环节中,一般来说,从发电到用户需要经过3～5次的变压过程,电能穿过变压器时要产生有功功率和无功功率的损耗。由于变压器的数目多,总容量大,所以在广义电力系统运行中,变压器总的电能损耗约占发电量的10%左右。同时,变压器损耗包括空载损耗和负载损耗,随着变压器的制造技术的发展,两种损耗都有大幅下降,但是,在变压器的发展过程中,磁性材料的制造技术方面取得更快的进展,这就导致空载损耗的下降速度远远超过负载损耗的下降速度。因此,在电网规模不断扩大的趋势下,合理的配置变压器容量,降低变压器损耗,提高供电能力和供电质量,对于节约能源、缓解电力短缺、保护生态环境、加速国民经济发展都具有十分重要的意义。

一、变压器特点简述

变压器是根据电磁感应原理制造和工作的一种变电设备,主要通过导磁磁路系统完成电能传输,导磁材料的性能直接影响变压器的经济技术指标,非晶合金材料在此基础上迅速发展。材料一般分为晶态材料和非晶态材料。晶态材料是指材料内部的原子遵循一定规律排列。反之,原子处于无规则排列状态则为非晶态材料。本文就以非晶合金变压器为例,具体分析一下该变压器在节能方面的一些特点用途。

非晶合金变压器80年代起逐步在美国、逐步在日本及欧洲国家推广,并于90年代开始少量进入我国用于电网试运行,非晶合金铁心片厚度极薄,仅0.025～0.03mm,不到常用硅钢片的1/10;叠片系数较低,只有0.86;带材有142、170、213mm3种宽度。非晶合金的饱和磁通密度较低,单相变压器一般取1.3～1.4T,三相变压器一般取1.25～1.35T。非晶合金的硬度较大,是取向硅钢片的5倍,因此,加工剪切很困难。非晶合金在成材过程中急速冷却和卷绕铁心时会产生应力,为了获得良好的损耗特性,非晶合金铁心成型后必须在一定的磁场条件下进行退火处理。非晶合金铁心配电变压器外形与其他油浸变压器相同,不同之处在于它是由4个用非晶合金带材卷制的铁芯框叠放在一起,构成三相五柱式结构,采用Dyn11接线组别,最突出优点是空载损耗值特低,但也有人认为,运行后的非晶合金铁心变压器的空载损耗会呈增加趋势,经美国电力研究院、日本东京电力公司和我国有关部门研究,发现运行数年后的非晶合金变压器空载电流和空载损耗与交付试验时的极为接近。当然,非晶合金变压器与硅钢变压器相比,也有欠缺的方面,例如噪音较大。铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因,这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。另一原因是非晶合金铁心变压器与同规格传统铁心变压器相比,其铁心质量大40%左右,有效截面积大50%以上,在一定程度上会使变压器噪声增大,经实测噪声大于普通变压器5～10个dB,约为50～66dB。

非晶合金变压器与S9系列油浸配电变压器主要理论参数比较

二、变压器无功功率消耗的节能

供电部门以功率因数调整电费的规定是,根据无功电量与有功电量计算出的实际功率因数,在高于或低于标准时(一般规定基数为cosφ=0.9),按照规定的电价计算出当月电费后,再按照表5所规定的百分数增减电费。无功功率的节能对用户来说,就是尽力提高功率因数,减少无功计量,把实际功率因数保持在0.95,以降低电费。一般配电变压器为500kV·A以上的用户,配电方式为高供高量,有自己的10kV系统,有功与无功计量是安装在变压器的10kV侧,而无功功率补偿装置安装在变压器低压侧的400V系统中。按无功自动补偿装置性能和运行经验,常认为将负载功率因数保持在0.93～0.95已是补偿到位,往往忽视了对变压器无功功率的补偿。从表1至表4可看出,把负载功率因数cosφ2提高到0.97时,变压器的无功功率放大部分由无功补偿装置供给。在变压器低负载时,还需把负载功率因数cosφ2提高到0.98,才能把实际功率因数cosφ1保持在0.95。目前无功补偿装置种类较多。神华黄骅港务公司装船一部采用“以无功电度表作采样元件,由PC控制的无功补偿装置”信号源来自反映负载无功总量的三相无功电度表,受控于智能型电脑控制工具,测量精度高,受外界因素影响小,功率因数可保持在0.98～1范围内,达到了理想的补偿效果。原年电费近1500万元,改进无功自动补偿装置,将原来的负载功率因数提高到0.98后,电费减少1.5%,效果十分明显。(如下图所示)

功率因数0.65 0.67 0.70 0.7 0.74 0.76 0.78 0.79 0.80 0.81 0.82 0.83月电费增减+15 +13 +10 +9.0 +8.0 +7.0 +6.0 +5.5 +5.0 +4.5 +4.0 +3.5功率因数0.85 0.86 0.87 0.88 0.89 0.90 0.91 0.92 0.93 0.94-1.00月电费增减+2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 0 -0.15 -0.3 -0.45 -0.6

三、不同类型变压器的节能效果分析

配电变压器的损耗及目前市场价情况如表所示。因有些场所必须用干式变,不能因考虑经济而使用油式变,因此两者无法比较,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.油式变之间比较

新建10kV配电室,SH16与S11比较(以较典型的400kV·A容量为例)。SH16比/kW·h,每年因损耗减少节约电费0.41×24×365×0.78=2801(元), SH16与S11价差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,另外还有环境保护的意义尚未计算在内。再比较一下SH16 -200与S11-200,收回成本年限为6.9年,SH16-800与S11-800比较,收回成本年限为6.4年,其他容量不一一列举了。

2.干式变压器之间比较

新建10kV配电室,SCH16与SC10比较(以较典型的400kV·A容量为例)。SCH16比SC10空载损耗减少0.6kW,电价按普通工业电计为0.78元/kW ·h,每年因损耗减少节约电费0.6×24×365× 0.78=4100(元),SCH16与SC10价差40800元,收回成本年限为40800/4100=9.9(年),因此变压器如要使用9.9年以上。单纯从经济方面考虑,使用SCH16也是合算的,另外还有环

境保护的意义尚未计算在内。再比较一下SHC16-200与SC10-200,收回成本年限为12.4年, SHC16-800与SC10-800比较,收回成本年限为10.2年,其他容量不一一列举了。

四、结语

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,数量特别巨大,对节能减排有着重要意义。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。但是,因为大多数人节能意识不强,为节省初期投资而不愿使用节能先进的变压器,作为技术人员应做好节能产品的推广,用有说服力的数据去说服用户。另外干式变因绝缘材料不同,产品各有优缺点,纸绝缘的SG型略有优势,以前干式变全是SC型。近年来,随着SG产品渐渐成熟,占的份额越来越大。高燃点油变压器性价比很高,应多加关注。联结组在变压器应用中对电能质量是很重要的,但目前重视不够,设计与实际脱节。

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