陳亞莉

（勝利石油管理局 電力管理總公司，山東 東營257000）

1 油田配電網(wǎng)現(xiàn)狀及問題的提出

隨著油田的發(fā)展，油氣勘探開發(fā)的深入 ，用電量不斷增大，年耗電量和損耗量也在不斷增加。因此，在保證產(chǎn)量的前提下，結(jié)合當前配電網(wǎng)升壓改造工作，進行配電網(wǎng)的節(jié)能研究，積極推廣應用配電系統(tǒng)節(jié)能降耗新技術、新工藝，進一步減少電能在生產(chǎn)輸送、分配及利用中的損耗［1］，提高電能的利用效率，對于提高油田的經(jīng)濟效益有著十分重要的意義。

油田配電網(wǎng)始建于油田開發(fā)初期，經(jīng)過40多年的運行，電網(wǎng)中存在大量的高耗值變壓器，以及變壓器負載率多在30%左右的不合理現(xiàn)象。電網(wǎng)中的S7、SL非節(jié)能型變壓器均為1987年以前生產(chǎn)的高耗能變壓器，其空載損耗和負載損耗較高，且老化嚴重，維護工作量增大。因此，在配電網(wǎng)升壓改造中，有必要進行變壓器容量控制、更換新型節(jié)能變壓器，從而降低變壓器的自身損耗，達到節(jié)能降耗的目的，提高配電網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)運行。

2 變壓器的工作原理

電力變壓器是一種靜止的電氣設備，是用來將某一數(shù)值的交流電壓（電流）變成頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓（電流）的設備。當一次繞組通以交流電時，產(chǎn)生交變的磁通，交變的磁通通過鐵芯導磁作用，在二次繞組中感應出交流電動勢。二次感應電動勢的高低與一二次繞組匝數(shù)的多少有關，即電壓大小與匝數(shù)成正比。電力變壓器的主要作用是傳輸電能，額定容量是其主要參數(shù)。額定容量是一個表示功率的慣用值，它表征傳輸電能的大小，單位以kVA或MVA表示，當對變壓器施加額定電壓時，根據(jù)它來確定在規(guī)定條件下不超過溫升限值的額定電流。

變壓器是基于電磁感應原理而工作的。因為它的工作原理以及工作時內(nèi)部的電磁過程與電機（發(fā)電機和電動機）完全相同，故將它劃為電機一類，僅是旋轉(zhuǎn)速度為零（即靜止）而已。變壓器本體主要由繞組和鐵芯組成。工作時，繞組是“電”的通路，而鐵芯則是“磁”的通路，且起繞組骨架的作用。一次繞組輸入電能后，因其交變電流而在鐵芯產(chǎn)生了交變的磁場（即由電能變成磁場能），不斷交替變化的磁力線匝鏈穿透二次繞組，在二次繞組感應出二次電動勢，當外電路接通時，則產(chǎn)生了感生電流，向外輸出電能（即由磁場能又轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽?。這種“電—磁—電”的轉(zhuǎn)換過程是建立在電磁感應原理基礎上的，這種能量轉(zhuǎn)換過程也就是變壓器的工作過程。

3 變壓器的損耗分析

變壓器在傳輸功率過程中，其自身要產(chǎn)生有功功率損耗，變壓器的有功功率損耗是空載損耗和負載損耗之和。其中，空載損耗為變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波形的額定電壓時所消耗的有功功率。

變壓器的空載損耗P0是一個常數(shù)，僅與變壓器的自身特性和運行電壓有關，不隨負載變化，是一個固定的損耗，由變壓器生產(chǎn)廠通過試驗測得，并在變壓器銘牌上標出。

變壓器的負載損耗PL則隨負載電流的變化而變化，因此，變壓器生產(chǎn)廠在變壓器銘牌上標出的是短路損耗PK，系指變壓器二次繞組短路（穩(wěn)態(tài)），一次繞組流通額定電流，繞組工作溫度為75℃時產(chǎn)生的有功功率損耗。

利用變壓器的等值電路，短路損耗PK還可表示為

式中，In為變壓器額定負載電流，kA；R為變壓器繞組的等值電阻，Ω。

在變壓器的實際運行過程中，變壓器的負載損耗PL則可表示為

式中，I為變壓器運行負載電流，kA。

因此可得出變壓器在負載電流為I時的總損耗值

式中，P為變壓器的總損耗功率，kW；P0為變壓器的空載損耗功率，kW；PL為變壓器的負載損耗功率，kW。

4 變壓器的臨界負載電流計算

兩臺不同容量的變壓器相同的負載電流I，容量大的一臺空載損耗為P10，短路損耗為P1K，額定負載電流為I1n；容量小的一臺空載損耗為P20，短路損耗為P2K，額定負載電流為I2n。設兩臺變壓器的損耗相等，即P1＝P2，則

由上式可得臨界負載電流

當負載流I＜I′時，容量大的變壓器損耗較大，此時應在滿足負載要求的情況下，選擇容量小的變壓器投入運行（I必須小于容量小的變壓器的額定電流）。反之，當I＞I′時，容量大的變壓器損耗較小，此時應選擇將容量大的變壓器投入運行。因此，在配電網(wǎng)改造過程中，應充分考慮到臨界負載電流大小，選擇合理容量的變壓器，使得變壓器的自身損耗最小。

5 節(jié)能型變壓器指標分析

5.1 節(jié)能型變壓器性能指標分析

目前市場主要有兩種類型的變壓器，比S11變壓器更加節(jié)能、環(huán)保。他們分別是SH15非晶合金變壓器和S13型、S14型超低損耗變壓器。

SH15非晶合金變壓器采用非晶合金帶材作為鐵芯材料，能在S11變壓器基礎上，降低約60%的空載損耗［2］。生產(chǎn)廠家主要是上海置信電氣、西安特變、山東達馳、沈陽變壓器廠、新疆特變。目前國家電網(wǎng)正在推行SH15型變壓器的使用，各單位都使用過這類變壓器。

S13型、S14型超低損耗變壓器，通過使用優(yōu)質(zhì)的硅鋼片（新日鐵）和優(yōu)化的電磁設計，能在S11型變壓器基礎上降低空載損耗30%。國內(nèi)各大知名變壓器廠家都具備這種類型變壓器的生產(chǎn)能力，其中ABB公司的S14型變壓器已在中國通過型式試驗，并在電網(wǎng)上運行。

新型節(jié)能變壓器與S7型變壓器相比空載損耗和負載損耗都有很大程度的降低，各種型號變壓器參數(shù)見表1。

表1 各種型號變壓器損耗參數(shù)kW

由表1可以看出：

（1）變壓器的損耗由空載損耗和短路損耗組成，且一般變壓器的負載損耗占到變壓器總損耗的80%以上。

（2）在空載損耗方面，S11型、S13型、S14型、SH15型變壓器分別比S7型變壓器降低36%、55%、78%；在短路損耗方面，S11型、S13型、SH15型變壓器比S7型變壓器降低都是24%，S14型則降低了35%。

（3）S13型、S14型、SH15型變壓器在空載損耗上比目前S11型變壓器還低，其中SH15型變壓器比S11型變壓器空載損耗降低64%，S13型和S14型比S11型空載損耗降低29%；在短路損耗上S11型、S13型、SH15型一致，S14型比S11型、S13型、SH15型短路損耗降低15%。因此，S14、SH15型變壓器比S11型變壓器在節(jié)能方面更有優(yōu)勢。

5.2 節(jié)能型變壓器經(jīng)濟指標分析

在評價變壓器節(jié)能時，投資回收年限是一個很重要的經(jīng)濟指標［3］，其公式如下：

式中，N為投資回收年限，a；K為變壓器投資，元；△B為變壓器節(jié)能年收益，元；C為電價，元/（kW·h），按照0.5元/（kW·h）計算；Th為全年運行小時數(shù)，h，取8 760h；△Po為所選用類型變壓器與S7型變壓器相比空載損耗的差值，kW；△PK為所選用類型變壓器與S7型變壓器相比短路損耗的差值，kW；L為變壓器負載率，結(jié)合油田變壓器的統(tǒng)計臺帳，分別取0.2、0.5、0.7進行計算。

由于油田S7型變壓器的容量從50kVA到800 kVA不等，為減少計算量現(xiàn)以常見的100kVA、200 kVA為代表，負載率分別取0.2、0.5、0.7進行計算分析。各種型號變壓器的投資回收年限見表2。

表2 各種型號變壓器投資回收年限

從上表可以直觀的看出：L＝0.2時，更換的變壓器都不能在短期內(nèi)收回投資，比較而言，SH15非晶合金變壓器回收年限最短；當L＝0.5，非晶合金變壓器的優(yōu)勢在逐漸縮小甚至不如S14型變壓器；當L＝0.7時S14型變壓器投資回收年限最短。

通過以上分析可以得出，在進行變壓器更換時，S14型和SH15變壓器都比S11型的投資回收年限短。因此，當負載率較低（小于50%）時采用非晶合金變壓器，當負載率超過50%時可以采用S14型變壓器。

這是因為變壓器節(jié)能年收益公式：△B＝CTh（△Po＋△PKL）是變壓器空載損耗、負載損耗、負載率的一個函數(shù)；一般情況下△PK遠大于△Po（大約是3∶1），因為在負載率較低的情況下△PK的優(yōu)勢顯現(xiàn)不出來，而隨著L的不斷增大（L≥0.58）才能逐漸顯現(xiàn)出來，所以在負載率較低的情況小空載損耗小的非晶合金變壓器具有投資優(yōu)勢，而負載率大于0.5時空載損耗和負載損耗都降低了的S14型變壓器就非常具有投資優(yōu)勢。

6 結(jié)束語

在油田配電升壓改造過程中，利用計算臨界負載電流的變壓器經(jīng)濟運行技術，有效控制了變壓器的容量，改變了油田電網(wǎng)普遍存在的變壓器容量不合理現(xiàn)象，提高了變壓器的運行效率。通過對變壓器性能和經(jīng)濟指標的分析，論證了用S14型、非晶合金變壓器更換舊變壓器的合理性與必要性，新型節(jié)能變壓器的廣泛應用可大大降低電網(wǎng)的線路損耗，取得了良好的節(jié)能降耗效果，進一步強化電網(wǎng)經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)運行，并提高油田電網(wǎng)安全生產(chǎn)運行系數(shù)和工作可靠性，以確保電網(wǎng)供電能力和供電質(zhì)量。

［1］沈瑜，徐逸清，陳龍翔.高壓配電網(wǎng)優(yōu)化規(guī)劃的研究［J］.電網(wǎng)技術，2011，35（10）：70－75.

［2］姚志松，姚磊.新型配電變壓器結(jié)構(gòu)、原理和應用［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2007：1.

［3］王志波.電力線路技術改造工程的立項及方案優(yōu)選［J］.內(nèi)江科技，2008，29（4）：113－114，170.