老式配電變壓器更新對策初探

上海斯隆能源技術服務公司 張 華 徐 凡

寶鋼股份能環部 李關定 周佃民

0 引言

變壓器是輸變電設備中的耗能大戶，變壓器的損耗使能效降低，造成巨大的電力浪費。降低變壓器運行損耗、提高運行能效已是我國節能工作的當務之急。我國政府已將節能降耗作為一項重要指標，納入經濟社會發展的綜合評價體系。近期國家頒發了GB 20052-2005《三相配電變壓器能效限定值及節能評價值》標準，對推動社會節能工作，實現“十一五”規劃的節能減排目標將起一定作用。

為促進變壓器節能工作，在加強節能減排的大環境下，1982年以來，國家有關部門先后公布了十七批“淘汰能耗高，性能落后的機電產品”項目。其中，以變壓器為例，要淘汰的中小型配電變壓器型號有SJ系列、SLZ系列、S7及以前的老系列等。具體如何淘汰并選用低損耗硅鋼片或高導磁鐵芯材料的變壓器（如非晶合金變壓器），提高節能的效果與運行可靠性和普及率是本項目研究的課題。該課題已形成兩篇論文：本文及《配電變壓器節能淺析》（刊登在《上海節能》2009年11期）。

1 變壓器特性分析

變壓器在變換電壓及傳遞功率的過程中，自身將會產生空載損耗和負載損耗。空載損耗是只與變壓器鐵芯相關的常數，它不隨變壓器負載的變化而變化。但負載損耗則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，其與負載電流的平方成正比。變壓器空載電流與變壓器阻抗電壓為變壓器一個固定參數，它們可由變壓器銘牌或變壓器技術參數說明書中查到，故變壓器損耗主要受負荷變化影響的銅耗決定。

老式變壓器以SJ系列、S7系列為主，這些變壓器是屬于高能耗變壓器。它們與節能型變壓器S9及S11-MR及SBH11-M比較，在全負荷下的損失率（0.85功率因素為例）如圖1所示：

從圖中可以看出，S11-M-R、SBH11系列配電變壓器與變壓器的SJI系列比較，鐵損分別降低約30%以上和70%-75%；功率因數為0.85時的綜合傳輸損失率在滿載時可比SJI的損失率節約0.62-0.83個百分點 ；比S9系列節約0.11-0.22個百分點。而且，經過運行證明該類變壓器是運行可靠的節能產品，可以被選擇作為節能型變壓器[1]。

2 淘汰更新的基本觀點

2.1 商品經濟中優勝劣汰的競爭觀

現代化耗能設備管理的決策，要求人們必須從產品經濟觀念轉變為商品經濟觀念。降低企業成本是市場競爭中的一項重要策略，變壓器的能耗損失是成本的一個重要部分。競爭的規律就是優勝劣汰，隨著國家技術政策的不斷優化，在變壓器更新中同樣需要緊跟節能技術的大趨勢。按照DL/T 1052《節能技術監督導則》規定，對老舊變壓器進行更新改造，采用S9系列及以上型號或非晶態變壓器等高效節能型變壓器替換S7系列及以下型號高耗能變壓器，降低變壓器損耗是必然趨勢。

2.2 耗能設備技術磨損觀念

耗能設備管理科學理論的主要基礎，是從經濟壽命觀念出發，把產品經濟的物質磨損觀念轉變為技術磨損觀念。耗能設備的經濟壽命是指耗能設備在制造使用過程中，不僅考慮設備的物質磨損，更主要的是按技術磨損確定設備的使用年限。耗能設備的“技術磨損”是指耗能設備在使用過程中，一旦采用社會上制造出的新設備，其技術性能和經濟效益已比繼續使用原設備優越時，就應按技術磨損進行決策，更新新一代設備。根據目前的技術發展速度，技術更新周期約5-10年，我國技術標準變革周期約10年，再有變壓器的密封材料、絕緣油和外觀油漆的磨損周期以及技術性能的穩定周期約10-15年，因此配電變壓器技術磨損周期選定15-20年較為合適，也即配電變壓器使用經濟壽命周期為15-20年[2]。

2.3 應符合節能減排國策的觀念

節能減排是我國的國策，降低產品的不合理單耗是節能減排的重大舉措和長遠的技術儲備。過去在落后的技術條件下生產和使用的數量眾多的高能耗電力變壓器應隨著運行時間的推移、制造技術的提高、節能意識的加強，及時進行設備更新。加快淘汰高能耗變壓器符合節能減排國策。

3 淘汰更新的基本原則

3.1 劣中汰劣的原則

降低企業成本是市場競爭中的一項重要策略，變壓器的能耗損失是成本的一個重要部分。競爭的規律就是優勝劣汰，隨著國家技術政策的不斷優化，在變壓器更新中同樣需要緊跟節能技術的大趨勢。雖然加速老舊變壓器的更新換代能為企業帶來可觀的經濟效益，但由于老舊變壓器數量大，不可能在一年內把所有的老舊變壓器全部更新掉，只能逐年更新。所以，在多臺老舊變壓器淘汰中要劣中汰劣。應該通過定量計算，從變壓器型號、負荷等方面綜合評估出運行損耗最大（很可能但不一定是型號最老）的老舊變壓器，優先實施淘汰，用相同的投入資金取得最大節電效果。不能單純考慮變壓器更新的資金投入，更要充分考慮到運行中的節電效果。

3.2 備用列入的原則

高能耗、劣質的、運行時間長的備用變壓器應列入更新范圍。有些重要用電負載都有備用變壓器，備用變壓器為保證安全供電，只有在運行變壓器故障和檢修時才投入運行，每年運行時間很短，但對于部分最早期型號的備用變壓器，由于其能耗過高，在資金相對充裕的情況下，仍應當進行更新。

3.3 優中選優的原則

新型變壓器選型要根據負荷的特性優中選優。當前我國推廣的高效變壓器主要是非晶態和S9型及以上的節能產品，近期頒布的GB20052-2005《配電變壓器的能效限定值及節能評價值》標準將于2010年7月1日開始實施，生產的油浸式配電變壓器能耗要降低到S11水平，干式變壓器能耗要降至SC10水平。而工廠、商業、商住、路燈、居民、農村和泵站等均具有不同負載特征，上三班的工廠和上二班或一班的工廠的負載特征也不盡相同。因此為實現節能的目的，變壓器淘汰中應根據不同負載特性，優中選優。

從變壓器材料特性來看，非晶合金變壓器一般在負荷率比較低的情況下，可以取得最大效率[3]。因此，非晶合金變壓器特別適合非連續生產企業，或只在白天工作的事業單位，及農村用電和城市居民用電等負荷率較低的場所。從損耗比（銅損/鐵損）來看，通常負載平穩的如上三班的工廠，應選用總損耗較低的，損耗比較小（4-6倍）的配電變壓器；負載日夜變化較大且較平穩的如商業、商住和路燈等的供電，可選用損耗比6-10的配電變壓器；對季節性強、日夜負載變化顯著、全年輕載和空載運行時間長的居民、農村及泵站的供電，應選用損耗比10以上配電變壓器。

4 淘汰更新排序模型

到目前為止，一個單位有多臺老式變壓器如何制定淘汰更新計劃，并沒有一個精確的、量化的數學模型可供使用。本課題組通過對以上幾方面的研究并邀請上海市電力公司配電變壓器方面的多位資深專家進行分析和論證，以其理論知識和實踐工作經驗為指導和依據，設計了配電變壓器淘汰更新排序模型見表1。模型綜合考慮了影響變壓器能耗的主要因素，將其劃分為變壓器系列、變壓器的容量、投入年限、變壓器的缺陷與負荷特性及所供應的負荷水平。根據各因素的不同類型制定不同項目評分，淘汰更新順序按照變壓器的各主要因素評分加權后的總分由高至低并結合每年投資經費等其他因素，可較為科學簡便地制定淘汰更新計劃。

表1 淘汰排序模型分類評分表

評分更換的基本原則：

1）按照上面的表格進行變壓器的評分，分值高的先換，低的后換。一般來說，對于處于分數不超過3分（即差別≤3分）一個級的可列在同年度更換。

2）對于個別由于評分的關系有不夠明確的，可以適當通過人為干預調整。

5 案例

對于以下幾臺變壓器進行淘汰更新排序：

1）2500kVA變壓器，投入時間1986年，S系列，負荷最高75%，沖擊負荷高的變壓器的計算后得到96分；

2）500kVA變壓器，投入時間1990年，S3系列，負荷最高60%，日夜負荷變化大的變壓器的計算69分；

3）1000kVA變壓器，投入時間1995年，S7系列，負荷最高85%，日夜負荷變化大的變壓器的計算60分；

4）2500kVA變壓器，投入時間1995年，S7系列，負荷最高85%，沖擊負荷高且有缺陷的變壓器計算70分，與上面的S3的69分接近。由于存在缺陷，雖然能耗低于500kVA的S3系列，仍應與S3同時更換。

對上述幾臺變壓器排序結果為：按照評分結果由高到低排列更換淘汰次序，評分為96分的2500kVA容量S系列變壓器應最優先淘汰，而1000kVA容量的S7系列變壓器可延緩至最后。

6 結束語

本課題主要是給出了一個單位有多臺老式變壓器淘汰更新的排序表。但變壓器的淘汰更新是一個復雜的工程，受到方方面面因素的影響和制約，本模型在制定淘汰更新計劃時提供具有一定科學性的參考依據。

更新策略應從經濟性角度出發，在立足于變壓器的負荷重要程度和負荷特性等因素基礎上，依據劣中劣汰、優中選優的原則[1]，選擇不同類型的新型節能變壓器。

注：本項目研究工作得到了上海市科學技術委員會的資助，資助課題編號為071612038。

[1]李關定等，配電變壓器節能淺析，上海節能，2009年第11期

[2]姜益民，淺談配電變壓器能效，變壓器，2007年第44卷第10期

[3]蘇新華，加速中小型老舊變壓器更新換代的節電降耗，甘肅水利水電技術，2005年第41卷第2期