浅析非晶合金变压器经济运行潜能

2023-02-10

配电变压器的负载率直接影响电网的经济运行, 其装机的分散性、负荷增长以用户需求为主导的不确定性致使电力企业在做设计时, 一般将容量留有一定裕度。配电变压器在其寿命周期内的运行负载率一般会呈现由低到高的变化趋势, 可能有相当长的时间运行在低负载率状态下。密云供电公司在2009年的理论线损计算中, 10kV配电变压器损耗占地区总损耗的13.8%, 占10kV及以下配网总损耗的19.5%。非晶合金铁心配电变压器比硅钢片铁心的配电变压器空载损耗可降低70%～80%, 具有广阔的市场前景。做好非晶变压器的经济运行区研究及降损潜能评估工作对一个地区电网的可持续经济运行显得尤为重要。

1 密云电网配电变压器装机现状分析

截止2008年底, 密云电网共有公用配电变压器3029台, 总容量419805kVA, 包括开闭站、配电室、箱式变电站、柱上变压器等四个部分, 其中柱上配电变压器2644台, 数量上在地区公用配电变压器中占主导地位。

1.1 配电变压器负载率普遍偏低

密云县素有“八山、一水、一分田”的说法, 由于地域特点及发展需求, 导致地区配电变压器的整体负载率水平不高, 这种客观因素制约了电网节能降耗水平的进一步提升。图1是在对北京各区县数据收集分析的基础上绘制而成, 从中可以看出密云电网2008年配电变压器的平均负载率约11%, 是已收集数据区县中负载率水平最低的。

1.2 柱上配电变压器中小容量变压器所占比重较大

密云电网柱上配电变压器中存在大量的小容量变压器, 如果将100kVA及以下的配电变压器视作小容量变压器, 那么柱上配电变压器中小容量变压器容量占比为47.97%, 台数占比为75.38%。

2 非晶合金变压器经济运行理论分析

2.1 配电变压器在不同负载率下的损耗率曲线

变压器的有功功率损耗率计算公式:

式中P0——变压器空载损耗, kW;

PK为变压器负载损耗, kW;

β为变压器负载率;

Sn为变压器额定容量, kVA。

根据公式, 对100kVA不同系列变压器按表1取值计算, 并绘制变压器损耗率曲线图, 如图2所示。

2.2 配电变压器的经济负载系数

有功经济负载系数计算式:

通过上式可以计算出不同系列100kVA配电变压器的经济负载系数 (见表2) , 变压器在经济负载系数运行时, 其损耗率最小。

2.3 配电变压器的经济运行区

按照变压器经济运行理论, 变压器最佳运行区是指变压器损耗率低于平均负载系数为0.75时所对应损耗率的区段。这里面综合考虑变压器的损耗率和利用率。

(1) 最佳运行区:1.33βJJP2≤β≤0.75。

(2) 经济运行区:βJJP2≤β≤1。

(3) 非经济运行区:0≤β≤βJJP2。

3 非晶合金变压器经济运行优势分析

3.1 综合分析

根据表2分析, 非晶合金变压器的最佳运行区较硅钢片铁心变压器明显拓展, SH11系列较S11系列拓展了19.4%、较S9系列拓展了38.7%;从有功功率损耗率上看, SH11在经济负载系数点上的损耗率较S11系列降低38.3%, 较S9系列降低48.6%。非晶合金变压器的经济运行性能更加符合变压器寿命周期内实际运行中负荷由低到高变化的需要, 全寿命周期内均能够较好的实现经济运行。

3.2 非晶合金变压器低负载率运行分析

基于图2、表2分析, 非晶合金变压器的经济运行性能较S11、S9、S7系列硅钢片铁心的变压器具有明显优势。

(1) 在各种负载率运行下, 非晶合金变压器的损耗率均低于硅钢片铁心变压器。

(2) 若以S11系列变压器最佳运行区损耗率范围的上限值来衡量, 在同等损耗的情况下, SH11系列变压器的运行范围将得到更大的拓展。

(3) 在变压器处于低负载率运行时, 非晶合金变压器的降损效果将更加突出, 经济运行的效果更加明显。若以负载率为0.2时考虑, SH11系列变压器较S11系列变压器的损耗率低47.9%, 在负载率低于0.2时, SH11系列变压器的这一优势将更加明显。

综上, 对于同容量的变压器来讲, 每供出1千瓦时的电能, 不同系列变压器所付出的损失电量代价明显不同, 这种区别在变压器低负载率时尤为突出。密云地区配电变压器的平均负载率约为11%, 若能推广使用非晶合金变压器, 其降损效益空间巨大。

3.3 小容量非晶合金变压器运行分析

图3、图4分别是S9、S11系列不同容量变压器的损耗率曲线图, 从中可以看出:同系列变压器, 在同一负载率的情况下, 变压器的容量越小其损耗率越大。密云地区恰恰存在大量的小容量变压器, 给配电网的经济运行带来阻力。而同一容量下, 非晶合金变压器的损耗率明显降低, 这再次说明密云地区推广非晶合金变压器将能够带来更大的降损效益。

4 非晶合金变压器经济运行潜能分析

目前S7系列变压器已基本退出市场, S9系列变压器市场已处于萎缩趋势, 根据这一事实, 结合密云电网柱上配电变压器的现状, 未来逐步对S7、S9系列变压器进行改造更换是可以预见的。

4.1 年运行费用比较

运行费用是衡量变压器节能效果的主要指标, 其计算公式为:

式中:

B为变压器损耗电费, 元;

C为电费均价, 取0.6元/千瓦时;

T为全年运行小时数, 取8760h。

如将密云地区所有柱上配电变压器更换为非晶合金变压器, 一年可减少损耗电量427万kWh, 运行成本降低256万元, 详见表3。

5.2总费用法 (T OC)

总拥有费用 (TOC) 法综合了变压器初始费用和等价现值的损耗费用, 表达了所购变压器的综合费用。该方法通过比较具有不同效率和价格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的效率水平。

式中:A为变压器寿命期间每kW空载损耗的资本费, 元/kW;B为变压器寿命期间每kW负载损耗的资本费用, 元/kW;CINI为变压器初始费用, 元, 方案对比时可只用其设备价格。

根据公式计算 (变压器价格参考2009年3月份采购价格) , 从变压器全寿命周期费用来看, 利用非晶合金变压器对老旧变压器进行替换优于采用S11型变压器, 详见表4。

通过上面的计算可以看出, 无论何种容量的变压器, 以20年为寿命周期进行计算, 非晶合金变压器的总费用均低于S11系列变压器, 且随着变压器容量的增加, 对比节约费用的数量不断增加。因此在对老旧变压器进行改造过程中, 应从长远的经济运行考虑, 积极采用非晶合金变压器。

5结语

(1) 非晶合金变压器最佳运行区较硅钢片铁心的配电变压器明显拓宽, 负载率在0.06 65～0.75范围内有功功率损耗不大于1.3 4%, 降损能力明显优于S 1 1系列变压器。

(2) 非晶合金变压器在各种负载率下运行, 其功率损耗率均低于硅钢片铁心配电变压器, 特别在小负载率运行时, 低功率损耗的优势更加明显。非晶合金变压器经济运行性能更加符合一个小区域负荷由小到大自然增长的客观规律, 兼顾了各个时期运行的经济性, 可挖掘的降损空间更加巨大。

(3) 非晶合金变压器的年运行费用明显低于硅钢片铁心变压器, 在响应国家节能减排政策的同时, 为企业降损增效带来机会, 特别是在供电企业不断强调成本管理的今天, 采用非晶合金变压器对企业的长远发展意义重大。

(4) 从变压器的全寿命运行周期考虑, 非晶合金变压器的总费用小于硅钢片铁心变压器, 若非晶合金变压器的使用寿命按30年计算, 并综合考虑非晶合金变压器未来的降价空间、变压器负载率的动态变化等众多因素, 使用非晶合金变压器将能带来更大的经济效益。

摘要：本文在深入分析配电变压器最佳运行区、经济负载系数等内容的基础上, 对非晶合金变压器在低负载率运行时的优势进行了探讨, 对小容量变压器采用非晶合金变压器具有更好的降损潜能进行了阐述, 并通过年运行费用法、TOC法分析了变压器改造更换过程中采用非晶变压器所蕴藏的经济运行效益, 认为无论从技术上, 还是经济运行角度, 使用非晶合金变压器都具有众多优势。

关键词：非晶,变压器,经济,运行