唐愷亮，張繼強(qiáng)

摘要：隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的持續(xù)發(fā)展，環(huán)境污染問題變得愈發(fā)突出。而其中的大氣污染是環(huán)境污染的重要組成部分之一，對(duì)人們的身心健康造成了較大的影響，同時(shí)制約著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。為解決人們的“心肺之患”，促進(jìn)綠色的生產(chǎn)和生活方式，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，國(guó)家持續(xù)推進(jìn)大氣污染治理，完善大氣環(huán)境管理制度。推出“大氣污染防治十條措施”，對(duì)燃煤鍋爐進(jìn)行了全面整治。本文針對(duì)某燃?xì)忮仩t房的負(fù)荷分布情況及供配電系統(tǒng)特點(diǎn)，從能耗的角度對(duì)變壓器的選擇進(jìn)行了分析對(duì)比。重點(diǎn)對(duì)比了在用戶負(fù)荷不變的情況下，變壓器容量以及變壓器型號(hào)兩個(gè)維度的變化對(duì)工程總能耗的影響。分析的結(jié)果表明，使用新型節(jié)能變壓器初始成本更高，但在長(zhǎng)期使用的情況下，新型節(jié)能變壓器給工程運(yùn)行所節(jié)約的電費(fèi)能覆蓋這部分多出的成本，同時(shí)節(jié)約了電能消耗，更符合國(guó)家節(jié)能降耗的要求。

關(guān)鍵詞：變壓器;能效標(biāo)準(zhǔn);節(jié)能評(píng)價(jià);綜合損耗計(jì)算

中圖分類號(hào)：TM421

0前言

燃?xì)忮仩t由于使用的是清潔能源，做到了燃燒清潔、排放污染低、成本適中，并且符合國(guó)家藍(lán)天工程的政策，近年來在新建及改擴(kuò)建的熱源廠得到了廣泛應(yīng)用。在這樣的背景下，對(duì)熱源廠的變壓器能耗問題進(jìn)行研究，在滿足工藝使用需求的情況下，進(jìn)一步降低變壓器的損耗，即符合節(jié)能減排的政策目標(biāo)，又滿足業(yè)主單位對(duì)于成本管控的需要。

1工程概況

某熱源廠工程，安裝有2臺(tái)燃?xì)忮仩t，承擔(dān)著周圍居民的冬季供暖任務(wù)，屬當(dāng)?shù)刂匾裆こ蹋哂休^大的社會(huì)影響力。熱源廠的用電負(fù)荷分為日常負(fù)荷及冬季季節(jié)性負(fù)荷兩部分：日常負(fù)荷及冬季季節(jié)性負(fù)荷合計(jì)計(jì)算功率約為988kW。其中季節(jié)性負(fù)荷占比約為90%，且均為二級(jí)負(fù)荷。日常負(fù)荷占比約為10%，大部分為三級(jí)負(fù)荷。

2供配電系統(tǒng)分析

考慮到本工程的負(fù)荷性質(zhì)，若中斷供電將造成本熱源廠供熱區(qū)域內(nèi)所有用戶停止供暖，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響。因此熱源廠整體為二級(jí)負(fù)荷，其中日常負(fù)荷占所有負(fù)荷的10%且大部分為三級(jí)負(fù)荷，冬季季節(jié)性負(fù)荷占所有負(fù)荷的90%且大部分為二級(jí)負(fù)荷[1]。

本項(xiàng)目用電負(fù)荷的特點(diǎn)為：①二級(jí)負(fù)荷占比很高，并且大部分二級(jí)負(fù)荷為冬季季節(jié)性負(fù)荷;②二級(jí)負(fù)荷中的鼓風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)和循環(huán)泵等設(shè)備功率較大、臺(tái)數(shù)較少，因此其單臺(tái)設(shè)備功率在總負(fù)荷中的占比較大，設(shè)備啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)沖擊電流較大。

一般情況下，配電變壓器較大時(shí)，根據(jù)各地供電部門的相關(guān)要求及繼電保護(hù)的需要，10kV開關(guān)柜宜采用斷路器+微機(jī)綜保的保護(hù)配置，并且10kV進(jìn)線側(cè)通常采用定時(shí)限保護(hù)，以滿足市政電網(wǎng)的相關(guān)要求。本熱源廠屬于當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的終端用戶，根據(jù)電力部門對(duì)用戶10kV總進(jìn)線開關(guān)處繼電保護(hù)設(shè)置的要求，通常將保護(hù)類型設(shè)定為定時(shí)限保護(hù)，并按照變壓器安裝容量高壓側(cè)額定電流的1.2倍作為過流系數(shù)進(jìn)行整定[2]。為避免因大功率設(shè)備啟動(dòng)時(shí)沖擊電流較大，使高壓側(cè)實(shí)際電流值大于10kV進(jìn)線斷路器定時(shí)限保護(hù)整定值而跳閘，宜配置較大容量變壓器、大功率設(shè)備宜采用變頻啟動(dòng)，以確保變配電系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。

綜合考慮以上情況，本項(xiàng)目共設(shè)置三臺(tái)主變：兩臺(tái)大容量采暖期專用變（一用一備）及一臺(tái)小容量日常變。在非采暖期，關(guān)閉兩臺(tái)采暖期專用變，由日常變供電;在采暖期，關(guān)閉日常變，由采暖期專用變給所有負(fù)荷供電。

3配電變壓器選擇

本項(xiàng)目在冬季采暖期季節(jié)性用電負(fù)荷較大。對(duì)于容量大的變壓器宜采用油浸式變壓器，有利于散熱，過載能力相較于干式變壓器更強(qiáng)。因此35KV及以上的配電變壓器均為油浸式變壓器。對(duì)于20kV及以下的配電變壓器，油浸式變壓器與干式變壓器均有使用。考慮到本項(xiàng)目為市政工程，位于城市核心區(qū)域，工程用地極為緊張，廠區(qū)面積較小，沒有條件設(shè)置獨(dú)立的變壓器室。只能將10kV變配電室各功能房間合建，以節(jié)省建筑面積，故選用干式變壓器[3]。

本工程配電變壓器宜選用 SCB13型（電工鋼帶干式配電變壓器）或SCB（H）15型（非晶合金干式配電變壓器）等噪聲小、損耗小，節(jié)能環(huán)保的干式變壓器。在計(jì)算有功功率為988kW，計(jì)算視在功率為1040kVA的負(fù)荷條件下，分別選用SCB13-1600/10/0.4kV、SCB13-1250/10/0.4kV、SCB（H）15-1600/10/0.4kV及SCB（H）15-1250/10/0.4kV共四型干式變壓器，對(duì)四種型號(hào)變壓器分別進(jìn)行能效等級(jí)評(píng)定、綜合能耗分析、經(jīng)濟(jì)分析比選，選出性價(jià)比較高的變壓器（如表1所示）。對(duì)今后相關(guān)工程項(xiàng)目建設(shè)、變壓器選擇具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

經(jīng)能效評(píng)價(jià)可看出，以上四種型號(hào)、規(guī)格變壓器的空載損耗、負(fù)載損耗均優(yōu)于3級(jí)能效等級(jí)指標(biāo)，SCB13型達(dá)到2級(jí)能效指標(biāo)，SCB（H）15型達(dá)到1級(jí)能效指標(biāo)[4]，因此該熱源廠選用這四種變壓器能效值均能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)限定值的要求，變壓器屬于節(jié)能型設(shè)備。

4配電變壓器能效分析

①雙繞組變壓器年有功電能損耗：

〖?W〗_T=P_0 t+P_k β^2 τ;

②雙繞組變壓器年無功電能損耗：

〖?W〗_Q=（I_0%）/100 S_rT t+（u_k%）/100 S_rT β^2 τ;

③變壓器綜合電能損耗：

〖?W〗_P=（P_0+K_Q? （I_0%）/100 S_rT）t+（P_k+K_Q? （u_k%）/100 S_rT）β^2 τ;

以上式中 〖?W〗_T——變壓器年有功電能損耗，kWh;

〖?W〗_Q——變壓器年無功電能損耗，kvarh;

〖?W〗_P——變壓器年綜合電能損耗，kWh;

P_0——變壓器空載損耗，kW;

P_k——變壓器短路損耗，kW;

I_0%——變壓器空載電流百分?jǐn)?shù);

u_k%——變壓器額定短路阻抗電壓百分?jǐn)?shù);

t——變壓器全年投入運(yùn)行小時(shí)數(shù);

τ——變壓器年最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù);

β——變壓器負(fù)載率;

S_rT——變壓器額定容量，kVA;

K_Q——無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，kW/kvar;取0.1kW/kvar。

根據(jù)上述三個(gè)計(jì)算公式，計(jì)算出變壓器綜合損耗計(jì)算表及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算表如表2、表3所示，

從上述表格計(jì)算分析可以看出，變壓器綜合電能損耗與變壓器采用的材料、工藝有關(guān)，同時(shí)與變壓器的負(fù)載率β密切相關(guān)，從變壓器有功電能損耗、變壓器無功電能損耗及綜合損耗計(jì)算表可以看出，隨著變壓器負(fù)載率的提升，變壓器綜合電能損耗有明顯提升，變壓器溫升明顯，加速變壓器絕緣老化，降低變壓器的使用壽命[5]。針對(duì)干式變壓器過載能力偏弱的特點(diǎn)，應(yīng)降低干式變壓器的負(fù)載率β，以滿足干式變壓器安全、可靠、延長(zhǎng)使用壽命的要求。

本項(xiàng)目在計(jì)算有功功率988kW、計(jì)算視在功率為1040kVA的情況下，變壓器采用1600KVA時(shí)負(fù)載率為65%，變壓器采用1250KVA時(shí)負(fù)載率為83%，均能滿足使用要求。但從變壓器綜合損耗計(jì)算表、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算表可以看出，變壓器并非負(fù)載率越高能耗越低，負(fù)載率越高越經(jīng)濟(jì)。而是變壓器的負(fù)載率在65%～70%左右更為合理，屬于變壓器高效節(jié)能區(qū)，確保干式變壓器安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行，同時(shí)有一定負(fù)荷裕量，可延長(zhǎng)變壓器使用壽命;綜合損耗計(jì)算表及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算表的分析，采用1600KVA變壓器性價(jià)比高于1250KVA變壓器[6]。

5結(jié)論

上文分析的SCB13型電工鋼帶干式變壓器及SCB（H）15型非晶合金干式變壓器這兩種不同材料、不同工藝制作生產(chǎn)的變壓器，均屬于節(jié)能產(chǎn)品。SCB13型電工鋼帶干式變壓器在傳統(tǒng)SCB9、10、11、12型電工鋼帶干式變壓器基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，屬于傳統(tǒng)、成熟、主流的干式變壓器，性價(jià)比較高;SCB（H）15型非晶合金干式變壓器屬于新材料、新工藝、新型干式變壓器，空載損耗很小，在目前看來尚處于推廣階段，價(jià)格相對(duì)比較高。隨著國(guó)家節(jié)能減排及環(huán)保要求越來越嚴(yán);隨著國(guó)家對(duì)《高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄》出臺(tái)，滿足相關(guān)能效限定額及節(jié)能評(píng)價(jià)時(shí)才允許生產(chǎn)使用。今后 SCB（H）15型變壓器技術(shù)進(jìn)一步成熟后，將來有廣闊的發(fā)展前景。

從綜合損耗計(jì)算表及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算表可以看出，在目前設(shè)計(jì)中采用SCB13型變壓器，是電工鋼帶干式變壓器系列中最節(jié)能、最成熟的產(chǎn)品，產(chǎn)品價(jià)格較低，初次投入購(gòu)置費(fèi)較低，綜合損耗也較低，運(yùn)行成本較低，符合國(guó)家節(jié)能減排要求，屬于性價(jià)比較高的產(chǎn)品，可推薦使用;從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，SCB（H）15型變壓器采用非晶合金干式變壓器，屬于新材料、新工藝，隨著技術(shù)改進(jìn)，市場(chǎng)認(rèn)可度的提高，價(jià)格進(jìn)一步降低，可推廣使用。

本項(xiàng)目采暖期，目前推薦采用SCB13-1600KVA變壓器，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，推薦采用SCB（H）15-1600KVA變壓器。確保本熱源廠安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]張亦男.關(guān)于干式配電變壓器的使用及技術(shù)發(fā)展分析[J].節(jié)能，2019，38（02）：138-139.

[2]李春霞，趙祥光，盧金鐸，劉亞.配電變壓器能效標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析[J].變壓器，2020，57（05）：57-61+64.

[3]謝宏偉，李捷，張良，陶曉峰，周宇.配變系統(tǒng)能效分析及評(píng)價(jià)[J].機(jī)電信息，2017（36）：32-33.

[4]蔣旻奕，丁毅，焦系澤，張森.配電變壓器容量選擇方法研究[J].湖北電力，2019，43（06）：43-48+55.

[5]崔建，劉暢.加工廠配電變壓器容量選擇[J].科技風(fēng)，2017（22）：186.

[6]陳軍，趙小玲.制漿造紙企業(yè)配電變壓器的選擇和節(jié)能探討[J].中國(guó)造紙，2020，39（11）：48-52.

作者簡(jiǎn)介：唐愷亮（1991-），男，湖南永州人，工程師，本科學(xué)歷，畢業(yè)于蘭州理工大學(xué)，電氣工程專業(yè)，主要從事水廠、換熱站、鍋爐房、綜合管廊等工程電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)工作。