關于工廠變壓器節能設計的方法及意義的分析探討

生力(廣東)啤酒有限公司 李澤民

關于工廠變壓器節能設計的方法及意義的分析探討

生力(廣東)啤酒有限公司 李澤民

文章主要介紹了變壓器的具體特點和性能,并進一步對其在實際應用過程中的節能效果進行了細致分析,指出了其在節能方面的顯著特征,并希望其能在大范圍內得到推廣使用。

變壓器容量特點選擇節能

隨著國民經濟的飛速發展,對電力需求快速增長,電力建設也加快步伐,但能源的過度消耗加劇了環境的惡化,節能減排的呼聲也越來越強烈,作為國民經濟支柱的電力行業首當其沖。電力在輸送的各個環節均存在不同程度的損耗,而變壓器廣泛配置在各個環節中,一般來說,從發電到用戶需要經過3～5次的變壓過程,電能穿過變壓器時要產生有功功率和無功功率的損耗。由于變壓器的數目多,總容量大,所以在廣義電力系統運行中,變壓器總的電能損耗約占發電量的10%左右。同時,變壓器損耗包括空載損耗和負載損耗,隨著變壓器的制造技術的發展,兩種損耗都有大幅下降,但是,在變壓器的發展過程中,磁性材料的制造技術方面取得更快的進展,這就導致空載損耗的下降速度遠遠超過負載損耗的下降速度。因此,在電網規模不斷擴大的趨勢下,合理的配置變壓器容量,降低變壓器損耗,提高供電能力和供電質量,對于節約能源、緩解電力短缺、保護生態環境、加速國民經濟發展都具有十分重要的意義。

一、變壓器特點簡述

變壓器是根據電磁感應原理制造和工作的一種變電設備,主要通過導磁磁路系統完成電能傳輸,導磁材料的性能直接影響變壓器的經濟技術指標,非晶合金材料在此基礎上迅速發展。材料一般分為晶態材料和非晶態材料。晶態材料是指材料內部的原子遵循一定規律排列。反之,原子處于無規則排列狀態則為非晶態材料。本文就以非晶合金變壓器為例,具體分析一下該變壓器在節能方面的一些特點用途。

非晶合金變壓器80年代起逐步在美國、逐步在日本及歐洲國家推廣,并于90年代開始少量進入我國用于電網試運行,非晶合金鐵心片厚度極薄,僅0.025～0.03mm,不到常用硅鋼片的1/10;疊片系數較低,只有0.86;帶材有142、170、213mm3種寬度。非晶合金的飽和磁通密度較低,單相變壓器一般取1.3～1.4T,三相變壓器一般取1.25～1.35T。非晶合金的硬度較大,是取向硅鋼片的5倍,因此,加工剪切很困難。非晶合金在成材過程中急速冷卻和卷繞鐵心時會產生應力,為了獲得良好的損耗特性,非晶合金鐵心成型后必須在一定的磁場條件下進行退火處理。非晶合金鐵心配電變壓器外形與其他油浸變壓器相同,不同之處在于它是由4個用非晶合金帶材卷制的鐵芯框疊放在一起,構成三相五柱式結構,采用Dyn11接線組別,最突出優點是空載損耗值特低,但也有人認為,運行后的非晶合金鐵心變壓器的空載損耗會呈增加趨勢,經美國電力研究院、日本東京電力公司和我國有關部門研究,發現運行數年后的非晶合金變壓器空載電流和空載損耗與交付試驗時的極為接近。當然,非晶合金變壓器與硅鋼變壓器相比,也有欠缺的方面,例如噪音較大。鐵心片的磁滯伸縮現象是產生變壓器噪聲的主要原因,這與鐵心的尺寸和磁通密度有關系。另一原因是非晶合金鐵心變壓器與同規格傳統鐵心變壓器相比,其鐵心質量大40%左右,有效截面積大50%以上,在一定程度上會使變壓器噪聲增大,經實測噪聲大于普通變壓器5～10個dB,約為50～66dB。

非晶合金變壓器與S9系列油浸配電變壓器主要理論參數比較

二、變壓器無功功率消耗的節能

供電部門以功率因數調整電費的規定是,根據無功電量與有功電量計算出的實際功率因數,在高于或低于標準時(一般規定基數為cosφ=0.9),按照規定的電價計算出當月電費后,再按照表5所規定的百分數增減電費。無功功率的節能對用戶來說,就是盡力提高功率因數,減少無功計量,把實際功率因數保持在0.95,以降低電費。一般配電變壓器為500kV·A以上的用戶,配電方式為高供高量,有自己的10kV系統,有功與無功計量是安裝在變壓器的10kV側,而無功功率補償裝置安裝在變壓器低壓側的400V系統中。按無功自動補償裝置性能和運行經驗,常認為將負載功率因數保持在0.93～0.95已是補償到位,往往忽視了對變壓器無功功率的補償。從表1至表4可看出,把負載功率因數cosφ2提高到0.97時,變壓器的無功功率放大部分由無功補償裝置供給。在變壓器低負載時,還需把負載功率因數cosφ2提高到0.98,才能把實際功率因數cosφ1保持在0.95。目前無功補償裝置種類較多。神華黃驊港務公司裝船一部采用“以無功電度表作采樣元件,由PC控制的無功補償裝置”信號源來自反映負載無功總量的三相無功電度表,受控于智能型電腦控制工具,測量精度高,受外界因素影響小,功率因數可保持在0.98～1范圍內,達到了理想的補償效果。原年電費近1500萬元,改進無功自動補償裝置,將原來的負載功率因數提高到0.98后,電費減少1.5%,效果十分明顯。(如下圖所示)

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

三、不同類型變壓器的節能效果分析

配電變壓器的損耗及目前市場價情況如表所示。因有些場所必須用干式變,不能因考慮經濟而使用油式變,因此兩者無法比較,只能是不同型號的油式變或不同型號的干式變之間作比較。

1.油式變之間比較

新建10kV配電室,SH16與S11比較(以較典型的400kV·A容量為例)。SH16比/kW·h,每年因損耗減少節約電費0.41×24×365×0.78=2801(元), SH16與S11價差18351元,收回成本年限為18351/ 2801=6.6(年),因此變壓器如要使用6.6年以上。單純從經濟方面考慮,使用SH16也是合算的,另外還有環境保護的意義尚未計算在內。再比較一下SH16 -200與S11-200,收回成本年限為6.9年,SH16-800與S11-800比較,收回成本年限為6.4年,其他容量不一一列舉了。

2.干式變壓器之間比較

新建10kV配電室,SCH16與SC10比較(以較典型的400kV·A容量為例)。SCH16比SC10空載損耗減少0.6kW,電價按普通工業電計為0.78元/kW ·h,每年因損耗減少節約電費0.6×24×365× 0.78=4100(元),SCH16與SC10價差40800元,收回成本年限為40800/4100=9.9(年),因此變壓器如要使用9.9年以上。單純從經濟方面考慮,使用SCH16也是合算的,另外還有環

境保護的意義尚未計算在內。再比較一下SHC16-200與SC10-200,收回成本年限為12.4年, SHC16-800與SC10-800比較,收回成本年限為10.2年,其他容量不一一列舉了。

四、結語

世界能源日益緊張,節能已經成為全社會共同關注與研究的課題。節能不僅是經濟上的考慮,同時對減少環境污染也有重要意義。配電變壓器作為使用最為廣泛的電力設施,數量特別巨大,對節能減排有著重要意義。配電變壓器存在數量巨大,型號復雜,難以管理的問題,需提高各方人員的節能意識,才能收到理想效果。但是,因為大多數人節能意識不強,為節省初期投資而不愿使用節能先進的變壓器,作為技術人員應做好節能產品的推廣,用有說服力的數據去說服用戶。另外干式變因絕緣材料不同,產品各有優缺點,紙絕緣的SG型略有優勢,以前干式變全是SC型。近年來,隨著SG產品漸漸成熟,占的份額越來越大。高燃點油變壓器性價比很高,應多加關注。聯結組在變壓器應用中對電能質量是很重要的,但目前重視不夠,設計與實際脫節。

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