更換非晶變壓器節電量的實例分析

郭世剛 陳玉靜

(1天津市電力公司城西供電分公司運檢部天津300110 2中國移動通信集團天津有限公司建設中心天津300070)

0 前言

根據工作安排，供電公司將某供電小區范圍內的2臺S9型變壓器更換為新型非晶態合金變壓器。該項目中被改造的2臺S9型變壓器設備老化嚴重，變壓器自身損耗及線損較高，降低了供電的可靠性。

更換前變壓器容量為2×160KVA，改造過程中對變壓器進行了增容，改造后變壓器總容量為2×400KVA。結合本次改造項目，對更換新型非晶態合金變壓器后的節電量進行了計算和分析，以實例說明更換新型非晶態合金變壓器具有明顯的節電效果。

1 非晶態合金變壓器節能原理描述

變壓器是根據電磁原理而制造的一種變電設備，導磁磁路系統是變壓器的主要部分，導磁材料性能的優劣直接影響著變壓器的技術經濟指標，非晶合金就是在此基礎上發展起來的高新功能材料;所謂非晶合金就是指把已經融化的液態合金，采用超級冷卻技術，使其從液態到固態的過程中，金屬內部原子來不及有序排列，呈結晶狀態，此金屬沒有常規晶態合金的晶粒、晶界存在，故稱為“非晶態合金”;非晶合金的這種結構使其具有高飽和磁感應強度、低損耗(相當于硅鋼片的1/4)、低激磁電流、良好的溫度穩定性等特點,因此用非晶合金材料制造的變壓器鐵芯，其空載損耗較常規S9系列下降70-80%，空載電流較S9系列下降50%，負載損耗也較常規S9系列變壓器下降，變壓器運行時每秒100-120次的去磁和被磁化過程相當容易，從而大幅度降低了鐵芯的空載損耗，若用于油浸變壓器還可減排CO、SO、NOX等有害氣體，其明顯的節能、降耗特點被稱為新世紀的“綠色材料”。

變壓器的空載損耗主要是由渦流損耗和磁滯損耗組成，渦流損耗與鐵心材料的厚度成正比，與電阻率成反比，磁滯損耗與磁滯回線所包絡的面積成正比。非晶合金帶材的厚度僅為27μm，是冷軋硅鋼片的1/11左右，電阻率是冷軋硅鋼片的3倍左右，因此由非晶合金制成的鐵心，它的渦流損耗比冷軋硅鋼片制成的鐵心要小很多。另外非晶合金的矯頑力小于4A/m,是冷軋硅鋼片的1/7左右，非晶合金的磁滯回線所包絡的面積遠遠小于冷軋硅鋼片，因此非晶合金的磁滯損耗比冷軋硅鋼片的也小很多。

綜上所述，非晶合金帶材是一種具有優異軟磁性能的材料，非晶態合金變壓器的空載損耗非常低，僅為S9型硅鋼變壓器的20%。非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗(指變壓器次級開路時，在初級測得的功率損耗)下降80%左右，空載電流(變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流)下降約85%，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農村電網和發展中地區等配變利用率較低的地方。

非晶態合金變壓器具有以下優點：

（1）超低損耗特性，省能源、用電效率高；

（2）非晶金屬材料制造時使用較低能源以及其超低的損耗特性，可大幅節省電力消耗及減少電廠發電量，相對的減少SO2、CO2廢氣的排放，降低對環境污染及溫室效應，免保養，無污染；

（3）運轉溫度低、絕緣老化慢、變壓器使用壽命長；

（4）高超載能力，高機械強度；

（5）非晶鐵心在通過較高頻率磁通時，仍具有低鐵損及低激磁電流的特性而不致產生鐵心飽和的問題，故以非晶鐵心制成的SCBH15型非晶合金變壓器具有較好的耐諧波能力；

（6）投資回收效益快。

2 項目年節電量計算

2.1 確定計算方法

該類項目節電量的計算一般需要測量更換前后變壓器損耗電量。如果變壓器損耗電量不能通過實測得到，損耗電量可等于變壓器的短路損耗與平均負荷率平方的乘積加上空載損耗，再乘以運行時間得到。根據該項目的實際情況，最終確定項目節電量計算公式如下：

△E=n×【（P0-P0’）+Pk×（Q2×β÷Q1）2-Pk’×β2】×h

其中:P0----改造前單臺變壓器空載損耗，單位kw；

P0’----改造后單臺變壓器空載損耗，單位kw；

Pk----改造前單臺變壓器短路損耗，單位kw；

Pk’----改造后單臺變壓器短路損耗，單位kw；

Q1----改造前變壓器總容量，單位kVA;

Q2----改造后變壓器總容量，單位kVA;

β----變壓器平均負載率，單位%；

n----變壓器數量，單位臺；

h----變壓器年運行時間，單位h；

2.2 節電量的確定

此次改造的變壓器數量n=2臺，改造前單臺變壓器容量Q1=160kVA，改造后單臺變壓器容量Q2=400kVA，改造前單臺變壓器短路損耗Pk=0.54kw，改造后單臺變壓器短路損耗Pk’=0.18kw，改造前單臺變壓器短路損耗Pk=3.8kw，改造后單臺變壓器短路損耗Pk’=4.3kw，變壓器平均負載率β=60%，變壓器年運行時間h=8760h，則該項目節電量為

經過分析,每臺400 kVA非晶態合金配電變壓器，每年相對S9型160kVA配電變壓器可減少電能損失6.45萬kWh，若全市各企業的配電變壓器全部采用非晶態合金變壓器，每年可節約的電能則十分顯著。

3 結論

非晶態合金變壓器若能完全替代S9系列配電變壓器，節約電能的效果十分顯著，同時還可帶來少建電廠的良好的環保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會大大地減輕對環境的直接污染，使其成為新一代名副其實的綠色環保產品。總之，國家在城鄉電力網系統發展與改造中，若能大量推廣采用三相非晶鐵心配電變壓器產品，其最終會獲得節能與環保兩方面的效益。

[1]國家發展改革委《電力需求側管理辦法》（發改運行(2010)2643號）

[2]《國家發展改革委關于印發<電網企業實施電力需求側管理目標責任考核方案（試行）>的通知》（發改運行(2011)2407號）