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新型配電變壓器的節(jié)能分析與應(yīng)用探討
點(diǎn)擊次數(shù):1707 更新時(shí)間:2013-11-05

新型配電變壓器的節(jié)能分析與應(yīng)用探討

點(diǎn)擊次數(shù):220 發(fā)布時(shí)間:2012-12-27

1 前言

  當(dāng)前,世界能源日益緊張,節(jié)能已經(jīng)成為全社會(huì)共同關(guān)注與研究的課題。節(jié)能不僅是經(jīng)濟(jì)上的考慮,同時(shí)對(duì)減少環(huán)境污染也有重要意義。配電變壓器作為使用的電力設(shè)施,數(shù)量種類繁多,對(duì)節(jié)能減排有著重要意義。國(guó)家電網(wǎng)對(duì)此也很重視,特別規(guī)定新安裝的配電變壓器必須達(dá)到性能代號(hào)9以上。配電變壓器存在數(shù)量巨大、型號(hào)復(fù)雜、難以管理的問題,需提高各方人員的節(jié)能意識(shí),才能收到理想效果。如若將目前仍被大量使用的性能代號(hào)為7的高損耗變壓器,更換成性能代號(hào)為11的低損耗變壓器,只要約7年時(shí)間,就能將初期投資收回,還有環(huán)保效益。當(dāng)前對(duì)配電變壓器的安全性及變壓器電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量的要求也越來越高。因此,筆者認(rèn)為有必要對(duì)配電變壓器的應(yīng)用進(jìn)行探討,以便更合理的使用配電變壓器。

  2 變壓器的損耗

  變壓器有功損耗分空載損耗P0和負(fù)載損耗Pk,空載損耗主要由鐵芯中的磁滯損失和渦流損失造成,這兩種損耗皆由變壓器的鐵芯產(chǎn)生,因此空載損耗也稱鐵損。空載損耗與電壓、頻率、鐵芯材質(zhì)等因素有關(guān),與負(fù)載大小無關(guān),因此是相對(duì)固定的損耗。

額定負(fù)載損耗指一二次繞組都運(yùn)行于額定電流狀態(tài)下,一二次繞組產(chǎn)生的損耗,因一二次繞組都是銅繞組,因此也稱為銅損。負(fù)載損耗隨負(fù)載大小及運(yùn)行溫度的變化而變化。變壓器無功損耗不直接產(chǎn)生實(shí)際電能損耗,可通過低壓側(cè)電容補(bǔ)償。

  3 新型配電變壓器的節(jié)能原理

  性能代號(hào)的涵義為:在S7型以上,空載損耗每降低約10%,代號(hào)“7”則在數(shù)字上加“1”。從S7型發(fā)展到S9型,負(fù)載損耗降低較多,平均為25%,后因沒有突破性新材質(zhì),負(fù)載損耗下降較困難。所以性能水平代號(hào)以空載損耗降低為標(biāo)準(zhǔn)。以400kVA為例,S7型空載損耗920W,S11型空載損耗570W,下降38%。

  常用的新型配電變壓器是S11型疊鐵芯變壓器,分析損耗降低原理為:生產(chǎn)S11型變壓器采用的是外高磁化力的高導(dǎo)磁硅鋼片,片厚為0.27mm,單位鐵損1W/kg,新S9型為普通硅鋼片,片厚為0.35mm,單位鐵損1.55W/kg。如果要使單位損耗進(jìn)一步降低,就需進(jìn)一步采用激光照射和機(jī)械壓痕的措施,如日本采用激光照射的ZDKH冷軋取向硅鋼片,0.27厚為0.93W/kg,0.23厚為0.85W/kg。硅鋼片越薄,渦流的抵消效果越好,損耗越低。

  為了降低損耗,硅鋼片使用的厚度越來越薄,而片形越薄,剛度越差,給疊積鐵芯造成困難,而卷鐵芯變壓器適宜使用薄型硅鋼片。因卷鐵芯幾乎沒有疊鐵芯的疊接接縫,減少了磁阻,因此空載損耗小。卷鐵芯變壓器制作加工較困難(特別是630kVA以上的變壓器),設(shè)備投資大,容量越小的,卷鐵芯*性體現(xiàn)得越明顯,但容量越大的卷鐵芯的*性就越顯現(xiàn)不出來。因此,卷鐵芯產(chǎn)品尚不具備明顯優(yōu)勢(shì),近期不存在卷鐵芯變壓器取代疊鐵芯變壓器的趨勢(shì),但薄型高導(dǎo)磁取向硅鋼片和非晶合金鋼片的大量生產(chǎn),卷鐵芯制造設(shè)備的研究成功,卷鐵芯變壓器已被世界各國(guó)所重視,未來,卷鐵芯變壓器將會(huì)有更大的發(fā)展前途。

  目前,zui節(jié)能的新型配電變壓器是非晶合金鐵芯變壓器,簡(jiǎn)稱非晶變壓器,鐵芯采用非晶合金卷制而成。非晶變壓器的性能代號(hào)可達(dá)到16,相對(duì)于9系列,可降低空載損耗80%。金屬熔化后在高溫下分子不按晶格排列,緩慢冷卻時(shí),形成結(jié)晶態(tài),當(dāng)急速冷卻時(shí)來不及按晶格排列而成非晶態(tài),制造非晶合金時(shí),其冷卻速度為105~107K/s。非晶合金由鐵、鎳、鉻、鈷等金屬添加硼、碳、硅、磷等非金屬組成。非晶合金磁化功率小,磁滯損耗小,渦流損耗小,比用硅鋼片鐵芯的變壓器空載損耗下降70%~80%。目前750kVA及以下非晶配電變壓器已進(jìn)入了商業(yè)化生產(chǎn),制造商已達(dá)30多家。

  非晶合金片厚度只有0.02~0.05mm,一般只適宜采用卷鐵芯結(jié)構(gòu),當(dāng)變壓器容量較大時(shí),不適合采用卷鐵芯結(jié)構(gòu),應(yīng)采用三相疊鐵芯結(jié)構(gòu),此時(shí)可預(yù)先將若干片非晶合金粘合起來。

  4 新型配電變壓器經(jīng)濟(jì)效益的分析

  配電變壓器的損耗及目前市場(chǎng)價(jià)情況如表1、表2所示。由于應(yīng)用場(chǎng)所的不同,干式變與油式變兩者無法比較,只能是不同型號(hào)的油式變或不同型號(hào)的干式變之間作比較。

  (1)幾種油浸式變壓器的比較(見表1)


  用S11替換S7,比較幾年之內(nèi)能收回成本(以較典型的400kVA容量為例)。如表1所示,S11比S7空載損耗減少0.35kW,負(fù)載損耗以平均負(fù)載率40%計(jì),減少0.6kW,電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh,每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)為:(0.6+0.35)×24×365×0.78 =6491元,收回成本年限為:50465/6491=7.7年,因此10kV配電室如果還要繼續(xù)使用7.7年以上,單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮,用S11替換S7也是劃算的,另外還有環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以S11-200替換S7-200以較,收回成本年限為8.7年;S11-800替換S7-800,收回成本年限為8.4年,其它容量就不例舉了。

  新建10kV配電室中,S11與S9的比較(以較典型的400kVA容量為例)。S11比S9空載損耗減少0.23kW,負(fù)載損耗一樣,電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh,每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)為:0.23×24×365 ×0.78=1572元。S11與S9的價(jià)差為4588元,收回成本年限為:4588/1572=2.9(年),因此變壓器如要使用2.9年以上,單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮,使用S11型也是合算的,環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以S11-200與S9-200相比較,收回成本年限為2.9年;S11-800與S9-800比較,收回成本年限為2.7年,其它容量在此不一一例舉。

  新建10kV配電室中,SH16與S11的比較(以較典型的400kVA容量為例)。SH16比S11的空載損耗減少了0.41kW,負(fù)載損耗一樣,電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh,每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)0.41×24 ×365×0.78=2801元,SH16與S11的價(jià)差為18351元,收回成本年限為18351/2801=6.6(年),因此變壓器如要使用6.6年以上,單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮,使用SH16也是合算的,環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以SH16-200與S11-200進(jìn)行比較,收回成本的年限為6.9年;SH16-800與S11-800相比較,收回成本的年限為6.4年,其它容量不一一例舉。

  (2)干式變壓器的比較(見表2)

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