卢康平 王兵 蒋龙

(山西出入境检验检疫局 山西太原 030024)

出口配电变压器的能效技术贸易壁垒分析

卢康平 王兵 蒋龙

(山西出入境检验检疫局 山西太原 030024)

本文介绍了国内外主要国家的配电变压器能效标准,比较分析了国内外能效标准的差异及能效水平的高低。为国内出口配电变压器生产厂家克服国外技术贸易壁垒提供技术帮助,对促进国内节能变压器的升级改造和出口贸易的顺利发展具有指导意义。

配电变压器;能效标准;技术贸易壁垒

1 前言

配电变压器是我国目前配电网中最主要的电气设备。由于使用量大、运行时间长,变压器在选择和使用上存在着很大的节能潜力。据估计,我国变压器的总损耗占系统发电量的7%左右,如损耗每降低1%,每年可节电上百亿kwh。

目前我国电网中,S9型配电变压器是主导产品,新改造的电网中已积极推广S11型产品。通过主要发达国家与我国配电变压器能效标准的比较研究,很多发达国家推广的变压器能效标准已高于我国的S11型产品。

节能配电变压器的推广应用是个国际趋势,对缓解能源紧缺、减少环境污染具有极大的现实意义。我国配电变压器主要出口市场分布在非洲、中东、中亚和东南亚国家,随着我国援外电网建设工程的开展,变压器的出口量将日益剧增,这些国家变压器的技术标准一般参照欧洲标准。针对配电变压器能效评价方法和技术性贸易措施实施全面的研究,对促进国内配电变压器企业的节能技术改造和占领国际市场具有重大的指导意义。

2 配电变压器的损耗

配电变压器的电能转换效率直接与其损耗呈反比关系,要提高配电变压器的效率就要降低其损耗。配电变压器在运行中除了将大部分电能进行转化外,一部分电能被自身消耗掉,这部分被变压器自身消耗的电能称为变压器损耗。配电变压器损耗主要是由空载损耗和负载损耗构成,两者之和称为总损耗。

绝大部分空载损耗产生在变压器的铁心中,也称为铁损,它包括磁滞损耗和涡流损耗,是由于铁心中的磁通以电网交流频率变化而产生的,最终以热的形式散发到变压器外。空载损耗的高低受铁心材料的特性、厚度、儿心叠片方式和生产工艺的直接影响。此外,由于空载电流流经绕组,在绕组内产生电阻损耗R,但空载电流的电阻损耗一般很小。配电变压器铭牌上的空载损耗是将额定频率、正弦波形和额定电压施加于选定的绕组上并将其他绕组开路,所测量到的变压器所消耗的有功功率,其值可反映变压器空载时所消耗的能量。

绝大部分负载损耗产生在变压器的绕组中,又称为铜损,它主要包括负载电流通过绕组时在导线电阻上产生的损耗和附加损耗,这部分损耗最终也是以热的形式散发到变压器体外。负载损耗的大小主要受负载电流和导线电阻的影响,由于绕组导线电阻又受温度的影响,所以变压器的温度也影响着负载损耗的大小。附加损耗包括了绕组导线内的涡流损耗、绕组内并联导线中的不平衡电流损耗、铁心和夹件内的附加损耗、油箱的附加损耗。

三相配电变压器铭牌上的负载损耗是当额定电流流过高压绕组时且低压短路,在额定频率、额定电流及参考温度下变压器所消耗的有功功率,其值可反映变压器负载损耗的特性。由于变压器的负载是变化的,所以铭牌上的负载损耗并不代表变压器的实际损耗。

前面已经提到,配电变压器的损耗主要包括空载损耗和负载损耗,提高变压器的效率,就要应用新的技术和工艺来降低这些损耗。纵观配电变压器节能技术的发展,每项新技术和新工艺的广泛应用不但带有其时代特征,而且与其经济性相关。我们用科技发展观来看,变压器节能技术的每一步发展,都代表了那个时代的科技水平,是那个时代新技术在变压器制造中的应用。但是新技术是否能够在变压器行业全面推广,还要看它在哪个时期的经济性,也就是它的价格是否被广大用户所接受。

降低变压器损耗的方法有两种,一种是使用更多的材料来降低损耗,另一种是采用新的技术和工艺来降低损耗。前一种是利用更多的铁心材料增加铁心的截面积,从而使磁组降低,达到减少空载损耗的目的。同时利用更多的绕组材料,增加绕组的截面积,使绕组中的电阻值降低,达到减少负载损耗的目的。可以说,这种途径是有效和简便的,但它的效用是递减的,也就是每次增加同等量的材料,损耗降低的幅度不断减小。所以这一途径目前受到价格、体积、重量等因素的制约而无法继续走下去。后一种途径是在变压器结构上、材料上、工艺上和设计上采用新的技术,在不增加产品体积和重量的条件下来达到降低损耗的目的,后一种途径将是今后我国变压器节能技术发展的唯一道路。

3 国内外主要国家配电变压器的能效标准

3.1 美国的强制性最低能源性能标准

2005年8月8日,美国总统签署了2005能源政策法(EPACT),该法的公共法109-58,第135(c)(4)制定了生产或进口美国的低压干式变压器的最低效率标准(M EPS),EPACT 2005要求2007年1月1日后制造的低压干式配电变压器应满足国家电气制造商协会(NEMA)TP-1-2002“配电变压器能效评价指南”中规定的配电变压器I级能效水平,见表1。

表1 低压干式配电变压器I级能效水平

随后,美国能源部又开始制定油浸和中电压干式配电变压器最低能效标准,此标准是将NEMA的TP1转化过来,并在2010年1月1日开始实施。当标准实施后,配电变压器的生产商和进口商所生产或销售的产品不能低于标准中所规定的效率。这项最低能效标准的适用范围见表2,油浸配电变压器能效标准值见表3,干式配电变压器能效标准值见表4。

表2 油浸和中压干式配电变压器最低能效标准产品类型和编号

表3 油浸配电变压器最低能效标准

表4 中压干式配电变压器最低能效标准

3.2 欧洲能效标准

欧洲有两个文件规定了配电变压器的能效水平,分别是(1)HD 428.1:《功率为50到2500kVA,最高电压不超过36kV,50Hz三相油浸式配电变压器第一部分:一般要求和最高电压不超过24 kV变压器要求》,1992年11月13日发布;(2)HD538.1:《功率为100到2500 kVA,最高电压不超过36kV,50Hz三相干式配电变压器第一部分:一般要求和最高电压不超过24 kV变压器要求》,1992年11月13日发布。

由于HD428.1和HD538.1两个标准中规定配电变压器的额定容量型谱(50,100,160,250,400,630,1000,1600和2500 kVA)很少,所以也可以采用插值计算法确定容量范围内的任意容量下的损耗。针对每一个额定容量,标准都确定了两个能效值:负载损耗和空载损耗。

根据HD 428.1和HD 538.1中变压器额定功率范围,表5给出了油浸配电变压器的A、B、C三档铜损值以及A’、B’、C’三档铁损值作为能效水平的允许选择标准,这样原则上有9种变压器排列组合,范围从最低能效(B-A’)到最高能效(C-C’),后者为配电变压器能够达到较高能效值。对于公布的变压器损耗值及允许公差,如果在工厂验收试验的损耗高于规定值时,变压器可以被拒收或对超值部分由供需间协商经济补偿。同样,对于大型变压器,如果变压器的能耗低于双方认同的极限值,会对生产商提供一定的奖励。

表5 配电变压器的损耗标准

HD428推荐5种可选损耗的组合,见图1。AA’是基本选择(图中粗线表示),在A-A’与CC’配电变压器的空载和负载总损耗之间有明显不同,对于一台630kVA变压器大约相差1.5kW。

图1 变压器的空载和负载的选择

3.3 日本效率标准

3.3.1 范围

适用于油浸式和树脂浇注式配电变压器,相数为单相或三相,容量等于或小于500kVA,大于500kVA,电源频率为50Hz或60Hz。

不适用于发电机变压器和输电变压器,使用量非常少的变压器或用于特殊场合的变压器,如空气冷却变压器和容量在2000kVA以上的变压器等。

3.3.2 实施时间

新生产的变压器应根据下面所列的时间达到新标准的要求:

①油浸式变压器:2006年;

②树脂浇注干式变压器:2007年。

3.3.3 测量效率的方法

变压器的效率是用总损耗(W)来评价的,并用空载损耗和负载损耗通过下列公式求得:

总损耗(W)=空载损耗(W)+(m/100)2×负载损耗(W)

m——负载系数

变压器容量等于或小于500kVA时,m为40%;变压器容量大于500kVA时,m为50%。

3.3.4 效率等级

由于日本标准指标是在实测数据的基础上通过回归分析计算出来的,所以日本标准中给出的是变压器总损耗的计算公式。各类型变压器的计算公式见表6。公式中的“kVA”为变压器的容量。

表6 目标标准计算公式

(续表6)

日本能效标准规定,在变压器性能数据表中或当购买人员在选择变压器时,生产者应提供如下信息:产品名称和型号、额定容量、相数、额定频率、额定初级和次级电压、能效、标准负载系数、执行标准的名称和生产厂家的名称。

3.4 中国的GB20052-26三相配电变压器能效限定值及节能评价值

3.4.1 配电变压器的能效限定值

配电变压器的空载损耗和负载损耗标准值应按表7或表8的规定,允许偏差应符合GB1094.1的规定。

表7 油浸式配电变压器的能效限定值

表8 干式配电变压器能效限定值

3.4.2 配电变压器目标能效限定值及节能评价值

配电变压器的空载损耗和负载损耗目标能效限定值按表9或表10的规定,允许偏差应符合GB1094.1的规定,并应在本标准实施之日起4年后开始实施。

配电变压器的空载损耗和负载损耗节能评价值应符合表9或表10的规定,空载和负载损耗允许偏差应在7.5%以内,总损耗允许偏差应在5%以内。

表9 油浸式配电变压器目标能效限定值及节能评价值

表10 干式配电变压器目标能效限定值及节能评价值

4 结论

我国制定了GB20052-26三相配电变压器能效限定值及节能评价值,能效限定值是基于市场的主流变压器S9型和SC9型的性能指标,目标评价值是基于S11和SC10的性能指标。能效限定值是国家允许产品的最低能效值,是强制性指标,是市场准入指标,等同于技术法规,低于该值的产品属于国家明令淘汰的产品,因此该标准是个强制性标准。与我国类似采用强制性标准的是美国、澳大利亚和墨西哥,他们采取最低性能标准,未达到最低性能标准的变压器不能上市。而欧盟和日本对变压器的能效标准采用的是自愿性标准,欧盟对工厂验收试验的变压器损耗如果高于规定值时,可以对其拒收或对超值部分进行经济补偿。

我国变压器产品标准参考采用IEC标准,所以能效评价参数是空载损耗和负载损耗。欧洲与日本能效评价参数也是采用损耗,而美国、澳大利亚和墨西哥等国家采用的是使用效率(%)。

美国的效率指标与我国S9型变压器指标相似;澳大利亚的效率指标与我国S11型变压器指标相似;欧盟的C—C’级比S11略高,其中C’系列变压器的空载损耗比S11平均高3%,C系列的负载损耗比S11平均低8%;而日本变压器能效指标比S11指标高,但比当前效率最高非晶变压器稍低。

检测方面,美国能效检测依据是根据国家电气制造商协会制定的NEMA TP-2,欧洲、澳大利亚和新西兰检测依据是IEC60076,日本能效空载和负载检测方法是J IS C 4304和J IS C 4306。我国油浸式变压器的空载损耗和负载损耗应按GB1094.1要求进行测试,干式变压器的空载损耗和负载损耗应按GB6450的要求进行测试。其中GB1094.1是等效采用IEC60076-1标准,GB6450是等效采用IEC726干式变压器部分。

我国变压器能效标准与其他国家相比:(1)适用范围窄。我国只制定三相配电变压器的标准,而国外既有三相也有单相配电变压器的能效标准;我国标准三相配电变压器只适用于10KV电压等级,国外标准适用的配电变压器电压等级相对广泛。例如,美国干式配电变压器分低压和高压,电压绝缘等级从低压到96KV以上。(2)检测方法标准更新速度相对较慢。检测油浸式变压器的空载损耗和负载损耗的GB1094.1是1996年标准,它是等效采用IEC76-1-1993电力变压器总则,而IEC76-1-1993已更新为IEC60076-1-2000标准。检测干式变压器的空载损耗和负载损耗的GB6450是1986标准,它是等效采用IEC726-1982标准干式电力变压器,而IEC726已变更为IEC60076-11-2004干式变压器标准。(3)我国的能效标准值与国外强制性能效标准值基本相当,但与国外的自愿性能效标准值相比差距比较大。

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TBT Study on Energy Efficiency of Distribution Transformers

Lu Kangping,Wang Bin,Jiang Long
(Shanxi Exit-En try Inspection and Quarantine bureau,Taiyuan,Shanxi,030024)

The standards in different countries about energy efficiency of distribution transformers were introduced and the differences be tween them were compared in this article.It is instructive to help export distribution transformers manufactories at home conquer technical barriers to trade(TBT),promote the energy saving transformers upgrading and s moo th their expo rt trades.

Distribution Transformer;Energy Efficiency Standards;Technical Barriers to Trade

TM421,F74

国家质检总局科技项目(2008 IK260)