配电变压器的节能潜力及评价方法

　　一、概述

　　我国配电变压器通常是指电压为35kV和10kV及以下、容量为6300kVA以下直接向终端用户供电的电力变压器。目前全国网上运行的配电变压器总电能损耗约为411亿kWh，约占2000年我国总发电量的3.16%。尽管配电变压器已是高效率的设备(95-99%)，但由于其数量巨大和空载耗电的固定性，变压器效率即便有微小的改进也能获得相当大的能源节约和减少温室气体的排放，因此其本身存在着巨大的节能潜力。

　　90年代后期，由于受到城乡电网改造工程的拉动，电力变压器行业保持了良好的发展势头。根据最新的调查统计(2000年数据),全国在用变压器总容量为27亿5千万千伏安。在网上运行的35千伏和10千伏配电变压器总容量为14亿零3百万千伏安,其中役龄超过20年的'64'和'73'系列高损耗变压器的总容量为2亿3千8百万千伏安(参见表1)。这些变压器是按照六、七十年代标准设计的产品，损耗非常高，如果花一定投资用S11去替换老旧变压器，必定会获得很大经济效益。依不同容量的计算，购置 S11变压器去替换老旧变压器的投资回收年一般只需2~3年(未计旧变压器回收费和拆装费条件)，其节能潜力巨大。值得一提的是，城乡电网改造工程所选用的油浸式配电变压器设备已经全部实现了由S7型向S9型的转变

　　二、变压器发展趋势及产品特点

　　随着市场经济的发展和科技的不断进步，新材料、新工艺的广泛应用，新的低损耗配电变压器相继开发成功。国内许多变压器制造厂商投入了大量资金引进国外先进的制造技术及设备，不断研制开发低损耗变压器和各种结构形式的变压器，如油浸变压器已出现了比新S9系列更节能的S10、S11系列，新型干式变压器的SC9系列以及非晶合金铁心等低损耗产品都显示了我国配电变压器的节能潜力。

　　1、卷铁心配电变压器(S11型)

　　这种变压器早在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, S11型卷铁心变压器适用范围广，性能水平优于S9型变压器，节约能源且经济指标适中，与S9型变压器相比，具备以下优点：

　　● 空载损耗平均降低30%，空载电流平均下降70%;

　　● 变压器噪音水平下降7-10dB，减少了对城镇的噪音污染。

　　2、单相配电变压器的使用

　　美国等世界多数国家早已在居民低压配电的单相三线制系统中使用，对降低低压配电损耗意义重大，这方面已有较多论著。变压器多为柱上式，便于安装并靠近负荷中心，通常为少维护的密封式。与同容量三相变压器相比，空载损耗和负载损耗都小，有效材料用量也少，价格低20~30%。我国在个别地方试改制后颇受用户欢迎。

　　3、非晶合金配电变压器

　　自1979年美国联信公司发明非晶片至今，在全世界范围作为样品研制和少量生产使用，非晶合金配电变压器的空载损耗比硅钢片的下降70~80%，但至今未全面推广使用的根本原因是价格较高。1998年上海置信公司引进了美国GE公司的非晶合金铁心变压器的制造技术，其生产的SH-M型非晶合金铁心密封式变压器额定容量在50~2500kVA之间，空载损耗在34~700W之间，负载损耗在870~21500W之间，空载电流在0.5~1.5%之间，短路阻抗在4~4.5%之间。

　　4、干式配电变压器

　　由于结构简单、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。以前干式配电变压器用量较少，近年来发展很快，目前已约占配电变压器总容量的20% 左右，部分大城市已占到50%。

　　* 环氧树脂干式变压器在国内取得了很大的发展。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，比老SC8干式变压器空载损耗平均降低87.52%、负载损耗平均降低10.27%; 对比S9油浸式空载损耗平均降低17.34%、负载损耗平均降低23.88%。另外变压器噪音水平也显著降低。我国和欧洲多使用这一类型干式变压器。

　　* 浸渍式干式变压器(或称做Nomex纸型)是干式变压器应用最早的一种结构，发展为敞开式通风干式变压器(OVDT)，绕组层间、匝间绝缘采用聚脂纤维纸或聚芳胺合成纸(NOMEX纸)。这种结构的绕组经真空压力浸漆(VPI)工艺处理后有足够的承受短路能力。因为Nomex纸耐温等级为C级(220℃)，是耐高温绝缘材料，具有阻燃、防潮及优良环保特性，允许长时间大负荷过载，运行可靠性较高。目前这种变压器占美国市场干式变压器的85%。

　　5、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。变电站靠近负荷中心，可降低线损，也属于节能配电变压器之列。

　　综上所述，配电变压器的发展趋势应是：

　　1) 低损耗，尤其较低的空载损耗;

　　2) 低噪声，尤其空载噪声要低;

　　3) 全密封，使变压器油不与外界空气接触，满足免维修要求;

　　4) 保护装置装入油箱中;

　　5) 能满足环网供电要求，低压侧能多路输出;

　　6) 无外露带电部分，使用安全。

　　采用非晶铁芯的组合式配电变压器是理想的发展方向。目前适合国内需求的产品是节能的S9型及S11型配电变压器。对有防火要求的场所而言，可采用环氧树脂绕注的干式配电变压器。

　　三、重点用电行业中配电变压器的节能潜力

　　重点用电行业变压器老化严重。五个重点用电行业，即钢铁、水泥、化肥、氯碱、电解行业的配电变压器总保有量为87,607台，总容量为18,225.5万千伏安(参见表2)。其中，役龄超过20年的'64'和'73'系列高损耗配电变压器的总容量为2,204万千伏安。大型企业中变压器老化严重，'64'和'73'系列高损耗变压器平均约占总量的29%(参见表3)。但是，过去5年中这些老旧高损耗配电变压器的替换水平平均每年仅有1.5%,远远落后于老化速度。而未来5年计划的替换水平平均每年仅有0.4%。

　　重点耗电行业的一个共同特征是：变压器分布呈集中化、规模化状态。虽然大型企业占行业企业数的1～3%，但产量、变压器保有量却达到全行业的30%左右。单个重点大型企业与小企业的变压器保有量相差在百倍以上。

　　从行业的生产集中程度看：除水泥行业外，其他几个重点耗电行业的集中程度均很高，以电解行业为最。少数大中型企业在产量、产值、变压器保有上占绝对的多数。

　　水泥行业电力成本约为20%左右，较其他行业25%以上的水平相对偏低。企业规模相对分散，变压器的分布比较分散，大企业没有绝对优势，但由于企业数量大，导致总的保有量大。

　　由于老旧变压器拥有量大，大型企业将是替换老旧变压器的主要受益者。与新型的S9变压器相比，役龄超过20年的'64'和'73'系列平均每千伏安容量每年比S9系列多耗电70度以上。如果用S9系列变压器替换这些'64'和'73'标准的老旧变压器，以上5个重点用电行业每年可节电15.428亿度。这些工业企业每年可因此而共降低成本7.7亿元。替换老旧变压器后，5个行业中每个大型企业的平均每年节能收益如下：电解行业大型企业-519万元;化肥行业大型企业-167万元;水泥行业大型企业-61万元;氯碱行业大型企业-173万元;钢铁行业大型企业-472万元。

　　替换老旧高损耗变压器，不仅能给变压器用户企业带来经济效益，还能带来一系列社会效益。在环境效益方面，因节电可降低发电厂的二氧化碳排放量127万吨;可为变压器工业增加产量45%，增加产值1.47亿元;为电线电缆行业增加产值5.51亿元;为硅钢片制造业增加产值3.3亿元;为化学工业增加产值8800万元。对国民经济的直接拉动共11.16亿元。

　　四、节能型变压器的推广政策及标准

　　1996年美国电气制造商协会公布了NEMA TP-1标准。该标准规定了不同容量的变压器的最低能效值。依照该标准选购变压器，能够减少能源损失50%。从目前来看，尽管该标准存有一定的局限性，但它毕竟为今后完善变压器标准提供了基础。该标准的实施得到了美国能源部的大力支持。为了使美国的电力企业对所采购的变压器做出合理的判断，美国电气制造商协会依据NEMA TP-1标准给出了一种特有的经济分析方法--总拥有费用法(TOC)。总拥有费用法是一种评价变压器能源效率比较全面的方法，根据比较不同价格和不同效率水平的变压器的总拥有费用，按照总拥有费用最低来选择变压器。该方法已经成为了美国的工业标准，目前有80%多的电力投资者都按TOC方法来评估所采购的变压器。

　　美国能源部和环保署于1998年共同发起了推广高效低损耗配电变压器的“能源之星变压器计划”。该计划是一项鼓励电力企业在配电系统中采用高效低损耗配电变压器的自愿节能计划。通过采用高效低损耗配电变压器，可以使能源成本降低1.5美分/千瓦时，而发电成本平均降低3美分/千瓦时。与其它提高能效及环保的计划相比，该计划只需较少的投入便可以达到提高效率和竞争能力的目的。