上海斯隆能源技術(shù)服務(wù)公司 張 華 徐 凡

寶鋼股份能環(huán)部 李關(guān)定 周佃民

0 引言

變壓器是輸變電設(shè)備中的耗能大戶，變壓器的損耗使能效降低，造成巨大的電力浪費。降低變壓器運行損耗、提高運行能效已是我國節(jié)能工作的當(dāng)務(wù)之急。我國政府已將節(jié)能降耗作為一項重要指標(biāo)，納入經(jīng)濟社會發(fā)展的綜合評價體系。近期國家頒發(fā)了GB 20052-2005《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》標(biāo)準(zhǔn)，對推動社會節(jié)能工作，實現(xiàn)“十一五”規(guī)劃的節(jié)能減排目標(biāo)將起一定作用。

為促進變壓器節(jié)能工作，在加強節(jié)能減排的大環(huán)境下，1982年以來，國家有關(guān)部門先后公布了十七批“淘汰能耗高，性能落后的機電產(chǎn)品”項目。其中，以變壓器為例，要淘汰的中小型配電變壓器型號有SJ系列、SLZ系列、S7及以前的老系列等。具體如何淘汰并選用低損耗硅鋼片或高導(dǎo)磁鐵芯材料的變壓器（如非晶合金變壓器），提高節(jié)能的效果與運行可靠性和普及率是本項目研究的課題。該課題已形成兩篇論文：本文及《配電變壓器節(jié)能淺析》（刊登在《上海節(jié)能》2009年11期）。

1 變壓器特性分析

變壓器在變換電壓及傳遞功率的過程中，自身將會產(chǎn)生空載損耗和負(fù)載損耗?？蛰d損耗是只與變壓器鐵芯相關(guān)的常數(shù)，它不隨變壓器負(fù)載的變化而變化。但負(fù)載損耗則為變壓器繞組中的銅線圈電流損耗，其與負(fù)載電流的平方成正比。變壓器空載電流與變壓器阻抗電壓為變壓器一個固定參數(shù)，它們可由變壓器銘牌或變壓器技術(shù)參數(shù)說明書中查到，故變壓器損耗主要受負(fù)荷變化影響的銅耗決定。

老式變壓器以SJ系列、S7系列為主，這些變壓器是屬于高能耗變壓器。它們與節(jié)能型變壓器S9及S11-MR及SBH11-M比較，在全負(fù)荷下的損失率（0.85功率因素為例）如圖1所示：

從圖中可以看出，S11-M-R、SBH11系列配電變壓器與變壓器的SJI系列比較，鐵損分別降低約30%以上和70%-75%；功率因數(shù)為0.85時的綜合傳輸損失率在滿載時可比SJI的損失率節(jié)約0.62-0.83個百分點 ；比S9系列節(jié)約0.11-0.22個百分點。而且，經(jīng)過運行證明該類變壓器是運行可靠的節(jié)能產(chǎn)品，可以被選擇作為節(jié)能型變壓器[1]。

2 淘汰更新的基本觀點

2.1 商品經(jīng)濟中優(yōu)勝劣汰的競爭觀

現(xiàn)代化耗能設(shè)備管理的決策，要求人們必須從產(chǎn)品經(jīng)濟觀念轉(zhuǎn)變?yōu)樯唐方?jīng)濟觀念。降低企業(yè)成本是市場競爭中的一項重要策略，變壓器的能耗損失是成本的一個重要部分。競爭的規(guī)律就是優(yōu)勝劣汰，隨著國家技術(shù)政策的不斷優(yōu)化，在變壓器更新中同樣需要緊跟節(jié)能技術(shù)的大趨勢。按照DL/T 1052《節(jié)能技術(shù)監(jiān)督導(dǎo)則》規(guī)定，對老舊變壓器進行更新改造，采用S9系列及以上型號或非晶態(tài)變壓器等高效節(jié)能型變壓器替換S7系列及以下型號高耗能變壓器，降低變壓器損耗是必然趨勢。

2.2 耗能設(shè)備技術(shù)磨損觀念

耗能設(shè)備管理科學(xué)理論的主要基礎(chǔ)，是從經(jīng)濟壽命觀念出發(fā)，把產(chǎn)品經(jīng)濟的物質(zhì)磨損觀念轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)磨損觀念。耗能設(shè)備的經(jīng)濟壽命是指耗能設(shè)備在制造使用過程中，不僅考慮設(shè)備的物質(zhì)磨損，更主要的是按技術(shù)磨損確定設(shè)備的使用年限。耗能設(shè)備的“技術(shù)磨損”是指耗能設(shè)備在使用過程中，一旦采用社會上制造出的新設(shè)備，其技術(shù)性能和經(jīng)濟效益已比繼續(xù)使用原設(shè)備優(yōu)越時，就應(yīng)按技術(shù)磨損進行決策，更新新一代設(shè)備。根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展速度，技術(shù)更新周期約5-10年，我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)變革周期約10年，再有變壓器的密封材料、絕緣油和外觀油漆的磨損周期以及技術(shù)性能的穩(wěn)定周期約10-15年，因此配電變壓器技術(shù)磨損周期選定15-20年較為合適，也即配電變壓器使用經(jīng)濟壽命周期為15-20年[2]。

2.3 應(yīng)符合節(jié)能減排國策的觀念

節(jié)能減排是我國的國策，降低產(chǎn)品的不合理單耗是節(jié)能減排的重大舉措和長遠的技術(shù)儲備。過去在落后的技術(shù)條件下生產(chǎn)和使用的數(shù)量眾多的高能耗電力變壓器應(yīng)隨著運行時間的推移、制造技術(shù)的提高、節(jié)能意識的加強，及時進行設(shè)備更新。加快淘汰高能耗變壓器符合節(jié)能減排國策。

3 淘汰更新的基本原則

3.1 劣中汰劣的原則

降低企業(yè)成本是市場競爭中的一項重要策略，變壓器的能耗損失是成本的一個重要部分。競爭的規(guī)律就是優(yōu)勝劣汰，隨著國家技術(shù)政策的不斷優(yōu)化，在變壓器更新中同樣需要緊跟節(jié)能技術(shù)的大趨勢。雖然加速老舊變壓器的更新?lián)Q代能為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益，但由于老舊變壓器數(shù)量大，不可能在一年內(nèi)把所有的老舊變壓器全部更新掉，只能逐年更新。所以，在多臺老舊變壓器淘汰中要劣中汰劣。應(yīng)該通過定量計算，從變壓器型號、負(fù)荷等方面綜合評估出運行損耗最大（很可能但不一定是型號最老）的老舊變壓器，優(yōu)先實施淘汰，用相同的投入資金取得最大節(jié)電效果。不能單純考慮變壓器更新的資金投入，更要充分考慮到運行中的節(jié)電效果。

3.2 備用列入的原則

高能耗、劣質(zhì)的、運行時間長的備用變壓器應(yīng)列入更新范圍。有些重要用電負(fù)載都有備用變壓器，備用變壓器為保證安全供電，只有在運行變壓器故障和檢修時才投入運行，每年運行時間很短，但對于部分最早期型號的備用變壓器，由于其能耗過高，在資金相對充裕的情況下，仍應(yīng)當(dāng)進行更新。

3.3 優(yōu)中選優(yōu)的原則

新型變壓器選型要根據(jù)負(fù)荷的特性優(yōu)中選優(yōu)。當(dāng)前我國推廣的高效變壓器主要是非晶態(tài)和S9型及以上的節(jié)能產(chǎn)品，近期頒布的GB20052-2005《配電變壓器的能效限定值及節(jié)能評價值》標(biāo)準(zhǔn)將于2010年7月1日開始實施，生產(chǎn)的油浸式配電變壓器能耗要降低到S11水平，干式變壓器能耗要降至SC10水平。而工廠、商業(yè)、商住、路燈、居民、農(nóng)村和泵站等均具有不同負(fù)載特征，上三班的工廠和上二班或一班的工廠的負(fù)載特征也不盡相同。因此為實現(xiàn)節(jié)能的目的，變壓器淘汰中應(yīng)根據(jù)不同負(fù)載特性，優(yōu)中選優(yōu)。

從變壓器材料特性來看，非晶合金變壓器一般在負(fù)荷率比較低的情況下，可以取得最大效率[3]。因此，非晶合金變壓器特別適合非連續(xù)生產(chǎn)企業(yè)，或只在白天工作的事業(yè)單位，及農(nóng)村用電和城市居民用電等負(fù)荷率較低的場所。從損耗比（銅損/鐵損）來看，通常負(fù)載平穩(wěn)的如上三班的工廠，應(yīng)選用總損耗較低的，損耗比較?。?-6倍）的配電變壓器；負(fù)載日夜變化較大且較平穩(wěn)的如商業(yè)、商住和路燈等的供電，可選用損耗比6-10的配電變壓器；對季節(jié)性強、日夜負(fù)載變化顯著、全年輕載和空載運行時間長的居民、農(nóng)村及泵站的供電，應(yīng)選用損耗比10以上配電變壓器。

4 淘汰更新排序模型

到目前為止，一個單位有多臺老式變壓器如何制定淘汰更新計劃，并沒有一個精確的、量化的數(shù)學(xué)模型可供使用。本課題組通過對以上幾方面的研究并邀請上海市電力公司配電變壓器方面的多位資深專家進行分析和論證，以其理論知識和實踐工作經(jīng)驗為指導(dǎo)和依據(jù)，設(shè)計了配電變壓器淘汰更新排序模型見表1。模型綜合考慮了影響變壓器能耗的主要因素，將其劃分為變壓器系列、變壓器的容量、投入年限、變壓器的缺陷與負(fù)荷特性及所供應(yīng)的負(fù)荷水平。根據(jù)各因素的不同類型制定不同項目評分，淘汰更新順序按照變壓器的各主要因素評分加權(quán)后的總分由高至低并結(jié)合每年投資經(jīng)費等其他因素，可較為科學(xué)簡便地制定淘汰更新計劃。

表1 淘汰排序模型分類評分表

評分更換的基本原則：

1）按照上面的表格進行變壓器的評分，分值高的先換，低的后換。一般來說，對于處于分?jǐn)?shù)不超過3分（即差別≤3分）一個級的可列在同年度更換。

2）對于個別由于評分的關(guān)系有不夠明確的，可以適當(dāng)通過人為干預(yù)調(diào)整。

5 案例

對于以下幾臺變壓器進行淘汰更新排序：

1）2500kVA變壓器，投入時間1986年，S系列，負(fù)荷最高75%，沖擊負(fù)荷高的變壓器的計算后得到96分；

2）500kVA變壓器，投入時間1990年，S3系列，負(fù)荷最高60%，日夜負(fù)荷變化大的變壓器的計算69分；

3）1000kVA變壓器，投入時間1995年，S7系列，負(fù)荷最高85%，日夜負(fù)荷變化大的變壓器的計算60分；

4）2500kVA變壓器，投入時間1995年，S7系列，負(fù)荷最高85%，沖擊負(fù)荷高且有缺陷的變壓器計算70分，與上面的S3的69分接近。由于存在缺陷，雖然能耗低于500kVA的S3系列，仍應(yīng)與S3同時更換。

對上述幾臺變壓器排序結(jié)果為：按照評分結(jié)果由高到低排列更換淘汰次序，評分為96分的2500kVA容量S系列變壓器應(yīng)最優(yōu)先淘汰，而1000kVA容量的S7系列變壓器可延緩至最后。

6 結(jié)束語

本課題主要是給出了一個單位有多臺老式變壓器淘汰更新的排序表。但變壓器的淘汰更新是一個復(fù)雜的工程，受到方方面面因素的影響和制約，本模型在制定淘汰更新計劃時提供具有一定科學(xué)性的參考依據(jù)。

更新策略應(yīng)從經(jīng)濟性角度出發(fā)，在立足于變壓器的負(fù)荷重要程度和負(fù)荷特性等因素基礎(chǔ)上，依據(jù)劣中劣汰、優(yōu)中選優(yōu)的原則[1]，選擇不同類型的新型節(jié)能變壓器。

注：本項目研究工作得到了上海市科學(xué)技術(shù)委員會的資助，資助課題編號為071612038。

[1]李關(guān)定等，配電變壓器節(jié)能淺析，上海節(jié)能，2009年第11期

[2]姜益民，淺談配電變壓器能效，變壓器，2007年第44卷第10期

[3]蘇新華，加速中小型老舊變壓器更新?lián)Q代的節(jié)電降耗，甘肅水利水電技術(shù)，2005年第41卷第2期