油田電網(wǎng)35 kV級高耗能變壓器節(jié)能技術(shù)改造

劉漢立（中國石油集團(tuán)電能有限公司）

大慶油田電網(wǎng)中35 kV級變壓器有485臺，其中287臺S7型高耗能變壓器在線運(yùn)行，占總臺數(shù)的59.18%，累計(jì)容量達(dá)22.59×104kVA。這種變壓器損耗大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重，鋁線圈繞組抗沖擊性能差，屬于國家明令淘汰產(chǎn)品[1]。如果將這些變壓器全部更換為新型節(jié)能變壓器，不僅資金投入大，而且更換下來的舊變壓器只能成為廢品。通過對高耗能變壓器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理改造，使之成為S9型或更優(yōu)的S10型、S11型節(jié)能變壓器，在提高安全運(yùn)行可靠性的同時，使變壓器整體技術(shù)水平達(dá)到國家低耗能變壓器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，滿足節(jié)能技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)最佳的節(jié)電效果。

1 變壓器改造理論依據(jù)

由變壓器理論[2-3]可知，變壓器的主要性能指標(biāo)，即空載損耗、負(fù)載損耗和阻抗電壓與線圈匝數(shù)、線圈高度、主絕緣距離等變量相關(guān)。通過改變變壓器繞組參數(shù)，變壓器磁通密度、電流密度，使電磁參數(shù)達(dá)到最佳匹配，大幅度降低了變壓器空載損耗和負(fù)載損耗，使S7型變壓器改造后的空載損耗、負(fù)載損耗和阻抗電壓達(dá)到S9型系列變壓器技術(shù)指標(biāo)的要求，從而完成S7型變壓器向S9型變壓器的改造升級。

2 技術(shù)改造和方案實(shí)施

2.1 技術(shù)改造

對目前油田在用的高耗能變壓器的性能指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，由于變壓器的容量不同、生產(chǎn)廠家不同、同一容量先后采用的圖紙不同、同一圖紙使用的硅鋼片也不一定相同等原因，造成變壓器的鐵芯材質(zhì)和窗口尺寸等原始參數(shù)相差很多。所以，S7型變壓器降耗改造工作，主要是重新設(shè)計(jì)電磁、制作高低線圈和絕緣部分，而變壓器原有鐵芯、油箱等部分可以利舊，并對部分結(jié)構(gòu)件進(jìn)行改進(jìn)，以加強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)固性。

287臺變壓器可分成30多種類型，對應(yīng)著30多個最佳平衡點(diǎn)，每個平衡點(diǎn)最終決定了該類型變壓器的最終改造結(jié)果。

2.2 方案實(shí)施

1）只改繞組。如果鐵芯材質(zhì)符合要求，經(jīng)試驗(yàn)后，重新設(shè)計(jì)變壓器繞組，把鋁線圈增匝改繞成銅線圈，可以適當(dāng)增加高、低壓繞組的匝數(shù)，降低磁通密度，從而達(dá)到S9型系列空載損耗指標(biāo)。

2）既改線圈又改部分鐵芯。有的變壓器鐵芯材質(zhì)很差，鐵損、銅損又較高，只改繞組不能滿足低損耗技術(shù)指標(biāo)，只有同時改造主級鐵芯，才可達(dá)到S9型標(biāo)準(zhǔn)。

3）降容改造。另一部分S7型變壓器，由于S7型主變設(shè)計(jì)比較緊湊，鐵芯窗口尺寸難以滿足需要，通過計(jì)算不能改成同容量S9型變壓器，但可以改成下一容量的S9型。比如，原來是S7-8000 kVA變壓器，可以改成S9-6300 kVA變壓器；改造后，如果不能滿足變壓器負(fù)荷需求，可以進(jìn)行調(diào)換使用。

3 費(fèi)用預(yù)算和節(jié)能效果分析

由于變壓器鐵芯、油箱等部分原器件可以利舊，改造費(fèi)用主要是銅導(dǎo)線、分接開關(guān)及部分密封材料。如果原變壓器性能太差，可以更換鐵芯，需要部分硅鋼片，因變壓器容量不同所需要的原材料數(shù)量也不同。以S7-6300 kVA/35 kV變壓器為例，預(yù)計(jì)每臺累計(jì)各種材料費(fèi)27萬元，人工等費(fèi)用5萬元，合計(jì)32萬元。

3.1 改造前后對比

S7-6300 kVA/35 kV變壓器改造前后的節(jié)能對比如表1、表2所示。

表1 空載損耗對比

表2 負(fù)載損耗對比

3.2 年節(jié)電情況

年節(jié)電量=［（改前空載損耗-改后空載損耗）+（改前負(fù)載損耗-改后負(fù)載損耗）×負(fù)載率］×運(yùn)行時間

S7-6300 kVA/35 kV變壓器年節(jié)電量=［（8.2-6.56） +（41.0-36.9） ×0.85］ ×24×365=44 895.00 kWh。

3.3 經(jīng)濟(jì)效益

高耗能變壓器改造體現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)為主、選材與工藝相輔的結(jié)果，使產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)方面都能達(dá)到S9型的水平，符合GB/T 6451《三相油浸變壓器技術(shù)參數(shù)及要求》之規(guī)定，并可取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1）節(jié)能效果顯著[4-5]。通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，大幅度降低了變壓器空載損耗及負(fù)載損耗。S7型變壓器改造后總損耗平均可降低20%～25%，變壓器整體技術(shù)水平達(dá)到國家低耗能變壓器標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求。如果將在用的S7型變壓器全部改造成S9型變壓器，節(jié)能效果顯著，運(yùn)行費(fèi)用大大降低；如果將287臺35 kV級高耗能變壓器全部改造為低耗能變壓器，經(jīng)濟(jì)效益巨大。如果每年按計(jì)劃改造50臺，年可節(jié)電200×104～250×104kWh；如果電費(fèi)按0.6元/kWh計(jì)算，年可節(jié)省120～150萬元。

2）節(jié)約設(shè)備購置成本。大量高耗能變壓器的重新利用，可以節(jié)省購置新設(shè)備的投資，符合國家能源政策要求。由于變壓器生產(chǎn)廠家較多，各家設(shè)計(jì)參數(shù)都有所不同，使改造變得復(fù)雜化，每臺需要改造的變壓器都要進(jìn)行原始性能測試。因變壓器型號不同，所采用的材質(zhì)也不同，改造設(shè)計(jì)方案基本上一臺一設(shè)計(jì)。

通過預(yù)算，每臺改造費(fèi)用約為32萬元，S9型變壓器售價63萬元，改造費(fèi)用占新品50.8%左右；如果加上改造后的節(jié)電費(fèi)用（節(jié)電費(fèi)+線路損耗預(yù)計(jì)4萬元），平均費(fèi)用只相當(dāng)于新品的44.4%。如果對287臺S7型主變?nèi)窟M(jìn)行降耗改造，成本9000多萬元；但通過變壓器自身的降耗節(jié)電，收回改造成本的年限約為8年。

4 結(jié)論

綜上所述，對高耗能變壓器進(jìn)行改造不僅是可行的，而且預(yù)期的節(jié)能效果也非常理想。改造后總損耗平均可降低20%以上，改造后通過產(chǎn)品質(zhì)量和性能檢測，變壓器整體技術(shù)水平達(dá)到國家低耗能變壓器標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求。

在電力系統(tǒng)輸配電網(wǎng)絡(luò)損耗中，高耗能變壓器損耗占據(jù)很大的比例，使得變壓器節(jié)能改造成為當(dāng)前亟待解決的問題。通過實(shí)例分析表明，對高耗能變壓器進(jìn)行改造投資少，見效快，收回改造成本的年限約為8年。但由于變壓器型號復(fù)雜，必須根據(jù)變壓器實(shí)際逐一進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，且每臺改造工藝流程也各不相同，需要進(jìn)一步研究改進(jìn)。