淺述中壓系統用非晶合金干式變壓器的節能優勢

李力

（上海置信電氣非晶有限公司，上海 200335）

1.非晶干變簡介

干式非晶合金鐵心配電變壓器（以下簡稱非晶干變）是由具有優異軟磁特性的非晶合金鐵心、用環氧樹脂采用真空澆注工藝加工的高壓線圈、用環氧樹脂采用端封工藝或真空澆注工藝加工的低壓線圈組合裝配的干式配電變壓器。它具有空載損耗低、難燃等優勢，可廣泛用于高層建筑、商業中心、機場、地鐵、火車站、新能源電站等防火、防爆、防潮要求高等場所。

2.結構特征

35kV非晶干變的結構與疊片式硅鋼干變有著明顯區別，這些區別主要體現在以下4個方面：

2.1 鐵心結構

非晶干變的鐵心結構是四框五柱式殼式結構，即由開口的2個大框布置在中間、2個開口的小框分別布置在大框左右側，開口設置在下鐵軛上，根據容量大小，非晶鐵心可以是單排（4個框）或雙排（8個框）或3排（12個框）組成。

2.2 夾件結構

非晶干變的夾件由上下夾件和左右兩側端夾件組成框架結構，上夾件上共設置12個壓釘（每相設有4個壓釘），下夾件上共設置12個定位釘（每相設有4個定位釘），從俯視圖方向看，每相的壓釘與定位釘的位置上下相對應；在下夾件的底部設置安裝底座。在上夾件上安裝了供整件起吊的吊攀。

2.3 絕緣結構

非晶干變的絕緣結構由主絕緣和縱絕緣組成，主絕緣是線圈到接地點、高低壓線圈之間、相間的絕緣結構，高低壓線圈之間設置采用玻璃絲纏繞的絕緣筒，起到均勻電場和加強絕緣能力的目的。在A相、C相高壓線圈到非晶鐵心旁柱的4個角上，設置軟角環，軟角環一端被固定在墊塊上，另一端被固定在非晶鐵心旁柱的絕緣護板上，形成R型結構，起到加強高壓線圈端部到非晶鐵心旁柱4個角部的絕緣能力。墊塊采用傘裙結構增加高壓線圈到非晶鐵心鐵軛的爬電距離。

縱絕緣是線圈的匝間、層間或段間的絕緣結構，高壓線圈采用分段層式結構，通過控制段間電壓和層間電壓方式達到低局放水平的目的。

2.4 器身結構

非晶干變的器身結構特征是由夾件組成框架結構，高低壓線圈通過墊塊坐落在下夾件上，非晶鐵心通過墊塊懸掛在高低壓線圈上，上夾件壓釘在軸向通過墊塊壓緊高低壓線圈，墊塊通過壓釘和定位釘相對固定其位置，在器身中起到固定高、低壓線圈的相對位置。

3.性能參數分析

2017年，全國變壓器標委會修訂了國家標準GB/T 22072《干式非晶合金鐵心配電變壓器技術參數和要求》，該標準新增了電壓等級35kV的SCBH15型非晶干變的性能參數。

目前，根據行業標準JB/T 3837-2016《變壓器類產品型號編制方法》中表B.7的規定，電壓等級35kV硅鋼干式電力變壓器（以下簡稱硅鋼干變）的性能參數滿足GB/T 10228-2015表5的硅鋼干變型號中損耗水平代號為“10”型。空載損耗比GB/T 10228-2015表5下降20%、負載損耗符合GB/T 10228-2015表5的硅鋼干變型號中損耗水平代號為“12”型。

下面以35kV電壓等級的容量為1000kVA、1600kVA、2500kVA為例，將SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗、負載損耗、空載電流和短路阻抗列入表1中。

表1 性能參數表

由于SCBH15型非晶干變和SCBH10型、SCBH12型硅鋼干變的負載損耗、短路阻抗相同，本文忽略三者之間對比分析的內容，利用Excel表作圖功能僅分別作出SCBH15非晶干變與SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗和空載電流柱狀分析圖，如圖1和圖2所示。

圖1 空載損耗柱狀分析圖

圖2 空載電流柱狀分析圖

從表1、圖1和圖2中可以看出，SCBH15型非晶干變與SCB10型硅鋼干變相比，空載損耗降低約67%～69%，空載電流降低約33%～47%；SCBH15型非晶干變與SCB12型硅鋼干變相比，空載損耗降低約58.4%～61.4%，空載電流降低約33%～47%。

4.節能效果

由于SCBH15型非晶干變與SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗和空載電流有差異，因此三者投運后年運行能耗是不同的。變壓器年運行能耗計算公式如式（1）所示：

式中：E—年運行能耗，kWh;

T—年運行時間，取8760h;

Pτ—變壓器運行總損耗，kW。

變壓器運行總損耗計算公式如式（2）所示：

式中：P0—空載損耗，kW；

Pk—負載損耗，kW；

I0—空載電流，%；

UK—短路阻抗，%；

β—年平均負載率，%；

Se—變壓器額定容量，kVA；

KQ—無功經濟當量，取0.05。

假設年平均負載率（β）取50%，將表1中1000kVA、1600kVA、2500kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的性能參數代入式（1）和式（2），計算出三者的運行總損耗和年運行能耗，并列入表2。

表2 節能效果對比表

從表2中可以看出，35kV電壓等級的SCBH15型非晶干變具有一定的節能優勢，假設年平均負載率為50%時，單臺1000kVA、1600kVA的SCBH15型非晶干變比SCB10型硅鋼干變節約年運行能耗分別為15812kWh和22075kWh，若電費單價以0.8元/kWh為計，SCBH15型非晶干變比SCB10型硅鋼干變每年節約電費分別為12650元和17660元。比SCB12型硅鋼干變節約年運行能耗分別為11739kWh和16381kWh，年節約電費分別為9391元和13105元。

表2給出的數據是當年平均負載率為50%時的條件下得出，由于變壓器在運行時負載率是一個變量，隨用戶用電需求變化而變化的，為了能全面、直觀地分析不同負載率情況的三者年運行能耗情況，現利用Excel表的計算和作圖功能，分別計算出1000kVA和1600kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變在年平均負載率0%～100%的年運行能耗，并做出它們的年運行能耗與年平均負載曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 1000kVA干變年運行能耗與年平均負載率的曲線

圖4 1600kVA干變年運行能耗與年平均負載率的曲線

從圖3、圖4中可以看出，負載率為0%～100%的SCBH15型非晶干變是最節能的，其次是SCB12型硅鋼干變，SCB10型硅鋼干變是三者中最不節能的產品。每個相同容量的SCBH15非晶干變、SCB12型硅鋼干變和SCB10型硅鋼干變的年運行能耗隨年平均負載率3條曲線在某一個年平均負載率時對應年運行能耗值的差值是相同的，這是因為變壓器的空載損耗、空載電流不會隨負載率變化而變化，它們與產品的鐵心性能有關，當電網電壓不變時，每臺變壓器在運行時空載損耗、空載電流也是不變的。又由于相同容量的SCBH15型非晶干變、SCB12型硅鋼干變和SCB10型硅鋼干變的額定負載損耗、短路阻抗是相同的，在相同的年平均負載率情況下，它們的實際負載損耗、短路阻抗也是相同的。這一點從式（2）中也可以推導出相同的結論。

5.結語

本文給出了35kV電壓等級SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的性能參數，并給出了它們的運行總損耗和年運行能耗的計算公式，利用Excel表計算和比較了1000kVA、1600kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的節能效果，證明了以下觀點：

（1）SCBH15型非晶干變空載損耗比SCB10型硅鋼干變的降低約67%左右；比SCB12型硅鋼干變的降低58%左右。

（2）SCBH15型非晶干變空載電流比SCB10型、SCB12型硅鋼干變的降低約33%～47%左右。

（3）在不同年平均負載率情況下，SCBH15型非晶干變最具有節能優勢，其次是SCB12型硅鋼干變，當容量相同時2種型號的干變的年運行能耗差值是一個恒定值。