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    电力变压器的节能分析

    能源是国民经济发展的动力,是人类赖以生存的物质基础,而变压器在整个国计民生中是一种应用极为广泛的能源传输电气设备,是用电企业的命脉所在。电力变压器自米切尔·法拉第1881年发明至今已经有一百多年历史。目前在大多数情况下,电能的电压等级自发电站到用户至少要经过5级变压器,方可输送达低压用电设备。所以电力系统中变压器的总容量很大,一般为发电容量的5—7倍。即使是500KV输电线路,输电变压器容量也为发电容量的3倍以上。尽管电力变压器的效率很高,但因其容量和数量都很大,所以损耗也很大。资料显示,到“十五”末期我国电力工业装机容量将达4.2~4.3亿千瓦,国内目前的变压器市场容量达700亿千瓦。据估计,我国变压器的总损耗占到线路总损耗的20%左右,如变压器的损耗每降低10%,每年可节约30亿度电;因此努力降低变压器的损耗,是国内外变压器制造厂和用户共同关心的问题。
    电力变压器节能贯穿于变压器的设计、制造、运行、改造和使用等诸多环节,合理分析电力变压器的经济容量、经济并行台数、提高变压器的运行效率,实现变压器的经济运行则是其中一项重要节能措施。实践证明,即使是节能型变压器,如果运行不当,其实际运行时效率也不理想。因此变压器经济运行在节能上大有潜力可挖。由于篇幅的限制,本文仅简要从选用节能型变压器、合理选择变压器容量及台数、平衡负荷、提高功率因数等几个方面来阐述电力变压器的节能可行性及方法。

    1合理选择变压器容量及台数,使其运行于最佳状态。
    从理论上讲,要使电力变压器发挥最大效率,应使其平均负荷率为额定容量的45%一70%。在配电网中运行的电力变压器,在容量选择上往往存在“大马拉小车”,变压器处于轻载状态下运行;或“小马拉大车”,变压器处于超负荷状态下运行的实际情况。这两种状态下的不合理运行,不仅会增加变压器的能耗,还极有可能导致电力变压器的损坏。所以在选择电力变压器容量的时,要根据企业实际的负载情况来选择,其综合效益才能最优。
    关于变压器台数问题,用户可根据负载所确定的变压器经济容量,选择一台或多台变压器。对于大容量的用户,应尽可能装两台以上变压器。对于有两台以上并列运行的配(变)电站,在同负载条件下,变压器并列运行的损耗不仅与各台变压器的技术参数有关,同时,也与变压器问的负载分配有关。国内有不少变电站通常根据负载电流的大小决定投运变压器的台数及运行方式,以降低变电站的损耗达到节电运行的目的,通常具体做法是:当负荷电流小于或等于小容量变压器的额定电流时,单独投运额定电流较小的变压器;当负荷电流大于小容量变压器的额定电流时,就只投运大容量的变压器;当负荷大于大容量变压器的额定电流时,才将两台变压器并列投入运行,以为这样在负荷电流不超过大容量变压器的额定电流时,可以减少变电站的电能损耗;其实这种做法并不科学,原因在于只考虑到变压器空载损耗,而忽视了变压器负载损耗。因为,当负荷电流较小时,空载损耗是变压器的主要部分,此时应考虑空载损耗来降低变损;而当负荷电流达到一定的数值后,负载损耗就变成了变损的主要部分,此时就应考虑如何来降低负载损耗来降低变损了。
    为提高变压器运行效率,当有两台以上变压器并列运行时,最节能的方法是平时备用变压器也投入运行,只是负载率不高,而且有备用容量。当其中有一台变压器出现故障退出运行时,其它变压器仍可继续运行,不会超载。这种方法具有以下优点:
    1、变压器并联运行后,可合理分配负载,变压器的总损耗最小。
    2、由于合理分配负载,原来未并联前温升高的变压器可降低温升,温升低的变压器温升高变化不大。因此变压器的绝缘不易老化,可延长使用寿命。
    3、可减少变压器的电压波动,提高电压质量。而电压稳定,无功补偿电容器的投入率也可提高,效果更好。
    4、可提高电网运行安全,即使一台变压器发生故障,另几台仍可运行,保证正常供电。
    5、对于用电需求逐渐增多的用户,可以减少先期的投资;先期只投入较少台数的变压器,当负荷增加再陆续增加变压器。

    2选用节能型变压器。
    选用低能耗、高效率的节能型变压器是节能的重要手段,它可以减少空载时由铁损、漏磁损耗、激磁电流产生的铁损和负载时由负载电流在变压器线圈电阻上产生的损耗。我国配电变压器行业经过不断努力,在90年代以后较过去有了突破性的进展,变压器性能不仅是铁心硅钢片材质的改进,而且在容量结构和制造工艺上都有所突破;因而在节能降耗、降低空载电流和噪音等方面都有较大进展,出现了多种型号的节能型变压器。目前可选用的节能型变压器有:
    2.1
    s9系列节能变压器
    S9系列节能变压器通过在结构上进行改进,采用低损耗硅钢片制造变压器铁芯,使其空载损耗比s7系列变压器降低了10%以上,负载损耗降低20%以上。经过90年代后期以来农网改造S9系列变压器的推广应用,目前S9系列变压器已逐步取代了S7系列变压器,在国内广泛使用。
    2.2卷铁心配电变压器(S11型)
    卷铁心配电变压器早在60年代已为一些发达国家所采用,近年来也在我国逐渐推广。变压器铁心由硅钢片带材连续卷绕而成,由于铁心无接缝,所以导磁性能大大改善,变压器的空载电流、空载损耗和运行噪声相对降低,是目前比较先进的节能型变压器。其优点是:变压器空载损耗比S9型约降低10~25%;空载电流随变压器容量降低而降低,一般是叠片铁心的50%左右;变压器噪音水平明显降低,小型变压器可做到37~42dB,可减少对城镇噪音的污染。
    2.3单相配电变压器(D10型)
    美国等世界多数发达国家早已在居民低压配电的单相三线制系统中使用这种类型的变压器,因此类变压器通常采用柱上、少维护密封的模式,便于安装并靠近负荷中心,对降低低压配电损耗意义重大。与同容量三相变压器相比,空载损耗和负载损耗都较小,生产所用材料也少,价格低20~30%。我国在几个地方试用后均受到用户好评。
    2.4干式配电变压器
    环氧树脂浇注干式变压器(简称干变)在国内已广泛使用。由于其结构简单、维护方便、防火阻燃、防尘等特点,被广泛应用在对安全运行有较高要求的场合。目前干式变压器用量已占到电力变压器总量的5~8%,部分大城市已占到50%以上。目前国内能生产最高电压35kV,最大容量20000kVA的环氧树脂
    干式变压器。SC9型为干式新型节能变压器,损耗比老式产品大大降低,对比老
    sc8干式变压器空载损耗平均降低85%负载损耗平均降低10%,对比S9油浸式空载损耗平均降低18%负载损耗平均降低25%。另外变压器噪音水平也明显降低。我国和欧洲多使用这一类型干式变压器。
    2.5非晶合金配电变压器
    自20世纪80年代美国通用电气公司(GE)、美国电力研究所(EPRI)和帝国电力研究公司(ES—EERc0)联合研制成功至今,非晶合金变压器已在发达国家广泛使用。非晶合金变压器的铁心材料运用了无向非晶体钢板,与以往的硅钢片相比损耗约为l/3~1/4,是损耗非常低的铁心材料。无向非晶体钢板比硅钢片的厚度要薄,而且宽度要窄,使用受到局限。但随着非晶体钢板价格的降低,它的优点也得到了认可。非晶配电变压器是我国”九五”计划重点推广的新型节能产品,节能效果十分显著,用非晶合金材料制造的变压器空载损耗比现行S9型变压器降低70%一80%。
    2.6箱式变压器
    箱式变压器又称高低压预制式变电站,大部分功能部件与变压器器身均浸入变压器箱内,由变压器制造厂生产。它可使变电站更靠近负荷中心,以降低线损,也属于节能配电变压器之列。目前箱变在城市供用电中大量使用,配套的变压器有油变也有干变,油变缺陷之一,就是变压器油老化时,绝缘性能下降,维护换油困难;干变的缺陷是防护等级低不宜户外运行。由于箱变内环境温度高,供电部门对其中变压器的负载能力比较担心;因为难以确定其满载和过载的能力,一旦超负荷出现故障,调换变压器很困难。

    3实行分时定价,以达到节能效果。
    用电有高峰和低谷两个时段,在高峰时段电力变压器的负荷会成倍增加,而下半夜的用电负荷锐减,冲击电力变压器的平稳性,导致电力变压器的效率下降。为提高电力变压器的负载率,在管理中应采取各种手段来转移高峰负荷,增加低谷用电,提高负载率。因而供电部门对电价实行分时定价,可促使企业想尽办法把用电量较大的生产转移到用电低谷的优惠电价时段,从而提高电力变压器的负载率,达到节能、省钱的效果。

    4提高功率因数。也可达到节能效果。
    当电力变压器处于空载或轻载运行时,其功率因数很低,向电网吸取的元功功率会成倍增加,从而增加变压器自身的电能损耗。企业大量的用电设备(如各种电动机、感应炉、电焊机等)除了要消耗有功功率外,还要消耗相当数量的无功功率,从而导致电网功率因数下降,电压质量恶化,这将使电力变压器损耗增加且增加电费。提高功率因数的措施一般是在系统中设置移相电容器来补偿无功功率。由于移相电容器补偿了无功电流,使配变电设备及网络的实际电流减少,从而提高了电力变压器的利用率,降低了变压器的线路损耗及铜损,达到节能效果。

    5结束语
    电力变压器的节能一直是各个企业所关注的问题,各企业根据自己实际使用情况,采取切实可行的节能措施,可以收到良好的经济效益。

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