500kV變電站的節能設計

王正華，翟江皞

（1.四川電力設計咨詢有限責任公司，四川 成都 610016；2.東南大學 自動化系，江蘇 南京 211189）

1 引言

節能減排是一個全社會的艱巨任務，其中電網損耗包含輸電線路的電力損耗、變電過程的電力損耗，線損不在本文的討論范圍，本文著重討論變電過程的損耗和變電站的站用電，通過經濟技術比較優化，降低變電站的電力損耗。

變電過程的電力損耗主要包括變壓器、電抗和站用變等元件損耗。其中最主要的是變壓器損耗、低壓并聯電抗器損耗和站用變壓器損耗，變壓器損耗主要包括變壓器鐵芯中的鐵損（固定損耗）和變壓器繞組電阻上的銅損（可變損耗）。變壓器鐵損是鐵芯的磁滯損耗和渦流損耗，變壓器只要通電即存在鐵損，與通過的功率無關，主要與變壓器的容量和電壓有關；變壓器銅損與電阻和通過電流有關。低壓并聯電抗器損耗是固定損耗，與低壓電抗器的電壓有關。

變電站自身的站用電為站內設備正常工作、保證電網安全可靠供電的變電站自身用電負荷，如控制、信號、保護、照明等設備用電。變電站的站用電水平主要與變電站電壓等級、規模及自動化程度有關。

要降低變電站的損耗，主要就是降低變壓器、低壓并聯電抗器和站用變的損耗，降低設備的損耗可以通過設備優化選型實現。

2 500kV主變壓器的節能選型

500kV主變壓器分為三相共體變壓器，組合式三相變壓器，單相變壓器和分解運輸、現場組裝式變壓器（ASA）。

組合式三相變壓器是將1臺三相變壓器分解為3個單元變壓器，組合式變壓器，變壓器線圈及鐵心為單相獨立，運輸至現場后形成組合變，與單相變壓器組比較，只是油道及部分接線在組合變殼體內完成。該類型運輸尺寸及重量與傳統的單相變壓器基本相當。通過和變壓器廠家交流，變壓器廠家不推薦500kV變壓器采用組合式變壓器，本文不討論此類型。

分解運輸現場組裝式（Advanced Site Assembly）三相共體變壓器，簡稱ASA變壓器。ASA變壓器是將工廠試驗完成后的變壓器合理分解為鐵心、線圈及油箱等單元，運輸到現地后進行再裝配的變壓器。ASA變壓器無論在電氣參數上還是在占地面積上均與普通三相共體變壓器等同，其最大的優點在于變壓器本體非常易于分解和運輸，最大運輸重量不超過65t。

DL／T5222－2005《導體和電器選擇設計技術規定》8.0.8“除受運輸、制造水平或其他特殊因素外應盡可能選用三相變壓器”，但是長期以來，由于受國內500kV三相變壓器的生產能力和運輸條件限制等因素影響，國內已投運的大部分500kV變電站中約90%的500kV主變壓器一直選用單相自耦變壓器。單相自耦變壓器的運輸重量約為140t，而ASA變壓器不超過60t，由此可知，ASA變壓器的適用性更為廣泛。下面將詳細分析比較三相共體變壓器、單相變壓器和ASA變壓器的優缺點和損耗（本文以500kV，750MVA的變壓器為例），如表1所示。

從表1分析中可以看出，綜合考慮設備本身的價格和運輸費用，普通三相一體變壓器投資最大，單相變壓器組次之，ASA變壓器投資最小。ASA變壓器具有三相一體變壓器的優點，運輸單件重量不超過60t，適用性更為廣泛，而且可以節省35kV匯流母線和兩個防火墻及其占地（節約0.05hm2即0.75畝）的投資，并且損耗比單相變壓器低，每年每臺主變可以節約電費約14.592萬元。

表1 三種500kV主變壓器的節能比較

對于ASA變壓器，據筆者了解，目前國內生產商包括：中電裝備東芝（常州）變壓器有限公司，特變電工衡陽變壓器有限公司，保定天威保變電氣股份有限公司和特變電工新疆變壓器廠都有生產業績，并且ASA變壓器已在茂縣、昭覺、雅安、色爾古、丹巴、康定、新都橋、木里、水洛、茂縣Ⅱ等多個500kV變電站應用，已有豐富的運行經驗。

3 35kV并聯電抗器的節能選型

500kV變電站35kV并聯電抗器分為單相干式空芯并聯電抗器和三相油浸式并聯電抗器（表2）。

環氧包封式空心并聯電抗器由于結構簡單、價格低等優勢在國內獲得廣泛應用。經過長時間的運行，已出現了許多運行故障，有的被迫停運處理，有的甚至燒毀設備（綜合評估，全生命周期成本并不經濟）。已有許多變電站發生過空心并聯電抗器燒毀現象。

與空心電抗器相比較，鐵心電抗器在性能方面擁有較大優勢：運行穩定性，油浸式電抗器絕緣為油紙配合絕緣。兩種絕緣方式的穩定性都很高，可保證產品安全穩定地運行。鐵心式并聯電抗器由鐵心作為導磁介質，其磁場集中，漏磁小，因此其損耗比空心電抗器小很多。一次投資較高，但是損耗較低，全生命周期成本很經濟。

表2 兩種500kV變電站35kV并聯電抗器的節能比較

由表2可知使用鐵心并聯電抗器比使用空心并聯電抗器成本節約：

S空－S鐵＝1002.054－750.18＝251.874（萬元）；

雖然價格上鐵心電抗器比空心電抗器高，初期投資較大，但從設備全壽命周期的綜合成本看，鐵心電抗器優于空心電抗器。油浸式鐵心電抗器每臺每年可以節約28.5576萬元，并且安全穩定、損耗小、占地面積小、漏磁污染小、運行監控方便，在四川木里、茂縣Ⅱ500kV等變電站得到了應用。隨著油浸式鐵心電抗器的大規模應用，設備成本將降低，設備價格隨之降低。

4 35kV站用電的節能選型

500kV變電站35kV站用變應用較多的為節能型S11硅鋼變壓器和SH15非晶合金變壓器。站用變壓器的空載損耗和負載損耗與容量有關，變電站的照明燈具盡量用節能燈，風機和空調選用節能設備，日照強的地方可以選擇太陽能路燈，通過選擇低能耗的用電設備，以便降低站用變壓器的容量，本文以35kV 500kVA的站用變為例對SH15非晶合金變壓器與節能型S11硅鋼變壓器進行全壽命周期分析并選型（表3、表4）。

表3 SH15非晶合金變壓器與S11硅鋼變壓器的節能效果比較

表4 站用變全壽命周期分析選型

由表4可知，從全壽命周期考慮，選用非晶合金變壓器較為經濟，SH15型三相油浸式非晶合金鐵心變壓器與S11型三相油浸式變壓器相比，年運行成本平均降低24.57%。非晶合金站用變與常規硅鋼片鐵心站用變相比，非晶合金站用變利用其導磁性能突出的優點，降低了變壓器的損耗值，特別是能夠降低空載損耗，節能效果明顯，適用推廣應用。

5 結語

本文從節能減排的角度，通過詳細的技術經濟比較對變電站的主要耗能設備主變、并聯電抗器和站用變壓器進行了節能選型。

通過比較主變推薦分解運輸、現場組裝式變壓器（ASA），ASA變壓器具有三相一體變壓器的優點，運輸單件重量不超過60t，適用性更為廣泛，并且損耗比單相變壓器低，每年每臺主變可以節約電費約14.592萬元。

通過比較并聯電抗器推薦采用油浸式鐵心并聯電抗器，油浸式鐵心電抗器比干式空芯并聯電抗器每臺每年可以節約28.5576萬元。

通過比較站用變推薦采用非晶合金站用變，與常規硅鋼片鐵心站用變相比每臺每年可以節約0.2116萬元。

以國網通用設計A－4方案為例（最終4組750MVA單相變壓器，每組主變配兩組60MVA的干式空心并聯電抗器，3臺站用變），主變選用ASA變壓器，并聯電抗器選用油浸式鐵心并聯電抗器，站用變選用3臺非晶合金變壓器，全站每年可以節約電費287.46萬元，大大降低了變電站的運行費用，變相給電網企業帶來了利潤，具有廣泛的社會經濟效益，ASA變壓器、油浸式鐵心并聯電抗器和非晶合金變壓器應該在500kV變電站設計設備選型時優先給予考慮。

［1］國家發展和改革委員會.DL／T5218－2005220kV－500kV變電所設計技術規程［S］.北京：國家發展和改革委員會，2005.

［2］水利電力部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊電氣一次部分［S］.西安：水利電力部西北電力設計院，1989.

［3］國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會.GB／T 6451－2008油浸式電力變壓器技術參數和要求［S］.北京：國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會，2008.

［4］國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會.GB／T 24790－2009電力變壓器能效限定值及能效等級［S］.北京：國家質量監督檢驗檢疫總局和國家標準化管理委員會，2009.

［5］機械工業部.JB／T5346－1998串聯電抗器［S］.北京：機械工業部，1998.

［6］國家發展和改革委員會.JB／T10775－20076－35kV并聯電抗器技術參數和要求［S］.北京：國家發展和改革委員會，2007.