老式配电变压器更新对策初探

上海斯隆能源技术服务公司 张 华 徐 凡

宝钢股份能环部 李关定 周佃民

0 引言

变压器是输变电设备中的耗能大户，变压器的损耗使能效降低，造成巨大的电力浪费。降低变压器运行损耗、提高运行能效已是我国节能工作的当务之急。我国政府已将节能降耗作为一项重要指标，纳入经济社会发展的综合评价体系。近期国家颁发了GB 20052-2005《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》标准，对推动社会节能工作，实现“十一五”规划的节能减排目标将起一定作用。

为促进变压器节能工作，在加强节能减排的大环境下，1982年以来，国家有关部门先后公布了十七批“淘汰能耗高，性能落后的机电产品”项目。其中，以变压器为例，要淘汰的中小型配电变压器型号有SJ系列、SLZ系列、S7及以前的老系列等。具体如何淘汰并选用低损耗硅钢片或高导磁铁芯材料的变压器（如非晶合金变压器），提高节能的效果与运行可靠性和普及率是本项目研究的课题。该课题已形成两篇论文：本文及《配电变压器节能浅析》（刊登在《上海节能》2009年11期）。

1 变压器特性分析

变压器在变换电压及传递功率的过程中，自身将会产生空载损耗和负载损耗。空载损耗是只与变压器铁芯相关的常数，它不随变压器负载的变化而变化。但负载损耗则为变压器绕组中的铜线圈电流损耗，其与负载电流的平方成正比。变压器空载电流与变压器阻抗电压为变压器一个固定参数，它们可由变压器铭牌或变压器技术参数说明书中查到，故变压器损耗主要受负荷变化影响的铜耗决定。

老式变压器以SJ系列、S7系列为主，这些变压器是属于高能耗变压器。它们与节能型变压器S9及S11-MR及SBH11-M比较，在全负荷下的损失率（0.85功率因素为例）如图1所示：

从图中可以看出，S11-M-R、SBH11系列配电变压器与变压器的SJI系列比较，铁损分别降低约30%以上和70%-75%；功率因数为0.85时的综合传输损失率在满载时可比SJI的损失率节约0.62-0.83个百分点 ；比S9系列节约0.11-0.22个百分点。而且，经过运行证明该类变压器是运行可靠的节能产品，可以被选择作为节能型变压器[1]。

2 淘汰更新的基本观点

2.1 商品经济中优胜劣汰的竞争观

现代化耗能设备管理的决策，要求人们必须从产品经济观念转变为商品经济观念。降低企业成本是市场竞争中的一项重要策略，变压器的能耗损失是成本的一个重要部分。竞争的规律就是优胜劣汰，随着国家技术政策的不断优化，在变压器更新中同样需要紧跟节能技术的大趋势。按照DL/T 1052《节能技术监督导则》规定，对老旧变压器进行更新改造，采用S9系列及以上型号或非晶态变压器等高效节能型变压器替换S7系列及以下型号高耗能变压器，降低变压器损耗是必然趋势。

2.2 耗能设备技术磨损观念

耗能设备管理科学理论的主要基础，是从经济寿命观念出发，把产品经济的物质磨损观念转变为技术磨损观念。耗能设备的经济寿命是指耗能设备在制造使用过程中，不仅考虑设备的物质磨损，更主要的是按技术磨损确定设备的使用年限。耗能设备的“技术磨损”是指耗能设备在使用过程中，一旦采用社会上制造出的新设备，其技术性能和经济效益已比继续使用原设备优越时，就应按技术磨损进行决策，更新新一代设备。根据目前的技术发展速度，技术更新周期约5-10年，我国技术标准变革周期约10年，再有变压器的密封材料、绝缘油和外观油漆的磨损周期以及技术性能的稳定周期约10-15年，因此配电变压器技术磨损周期选定15-20年较为合适，也即配电变压器使用经济寿命周期为15-20年[2]。

2.3 应符合节能减排国策的观念

节能减排是我国的国策，降低产品的不合理单耗是节能减排的重大举措和长远的技术储备。过去在落后的技术条件下生产和使用的数量众多的高能耗电力变压器应随着运行时间的推移、制造技术的提高、节能意识的加强，及时进行设备更新。加快淘汰高能耗变压器符合节能减排国策。

3 淘汰更新的基本原则

3.1 劣中汰劣的原则

降低企业成本是市场竞争中的一项重要策略，变压器的能耗损失是成本的一个重要部分。竞争的规律就是优胜劣汰，随着国家技术政策的不断优化，在变压器更新中同样需要紧跟节能技术的大趋势。虽然加速老旧变压器的更新换代能为企业带来可观的经济效益，但由于老旧变压器数量大，不可能在一年内把所有的老旧变压器全部更新掉，只能逐年更新。所以，在多台老旧变压器淘汰中要劣中汰劣。应该通过定量计算，从变压器型号、负荷等方面综合评估出运行损耗最大（很可能但不一定是型号最老）的老旧变压器，优先实施淘汰，用相同的投入资金取得最大节电效果。不能单纯考虑变压器更新的资金投入，更要充分考虑到运行中的节电效果。

3.2 备用列入的原则

高能耗、劣质的、运行时间长的备用变压器应列入更新范围。有些重要用电负载都有备用变压器，备用变压器为保证安全供电，只有在运行变压器故障和检修时才投入运行，每年运行时间很短，但对于部分最早期型号的备用变压器，由于其能耗过高，在资金相对充裕的情况下，仍应当进行更新。

3.3 优中选优的原则

新型变压器选型要根据负荷的特性优中选优。当前我国推广的高效变压器主要是非晶态和S9型及以上的节能产品，近期颁布的GB20052-2005《配电变压器的能效限定值及节能评价值》标准将于2010年7月1日开始实施，生产的油浸式配电变压器能耗要降低到S11水平，干式变压器能耗要降至SC10水平。而工厂、商业、商住、路灯、居民、农村和泵站等均具有不同负载特征，上三班的工厂和上二班或一班的工厂的负载特征也不尽相同。因此为实现节能的目的，变压器淘汰中应根据不同负载特性，优中选优。

从变压器材料特性来看，非晶合金变压器一般在负荷率比较低的情况下，可以取得最大效率[3]。因此，非晶合金变压器特别适合非连续生产企业，或只在白天工作的事业单位，及农村用电和城市居民用电等负荷率较低的场所。从损耗比（铜损/铁损）来看，通常负载平稳的如上三班的工厂，应选用总损耗较低的，损耗比较小（4-6倍）的配电变压器；负载日夜变化较大且较平稳的如商业、商住和路灯等的供电，可选用损耗比6-10的配电变压器；对季节性强、日夜负载变化显著、全年轻载和空载运行时间长的居民、农村及泵站的供电，应选用损耗比10以上配电变压器。

4 淘汰更新排序模型

到目前为止，一个单位有多台老式变压器如何制定淘汰更新计划，并没有一个精确的、量化的数学模型可供使用。本课题组通过对以上几方面的研究并邀请上海市电力公司配电变压器方面的多位资深专家进行分析和论证，以其理论知识和实践工作经验为指导和依据，设计了配电变压器淘汰更新排序模型见表1。模型综合考虑了影响变压器能耗的主要因素，将其划分为变压器系列、变压器的容量、投入年限、变压器的缺陷与负荷特性及所供应的负荷水平。根据各因素的不同类型制定不同项目评分，淘汰更新顺序按照变压器的各主要因素评分加权后的总分由高至低并结合每年投资经费等其他因素，可较为科学简便地制定淘汰更新计划。

表1 淘汰排序模型分类评分表

评分更换的基本原则：

1）按照上面的表格进行变压器的评分，分值高的先换，低的后换。一般来说，对于处于分数不超过3分（即差别≤3分）一个级的可列在同年度更换。

2）对于个别由于评分的关系有不够明确的，可以适当通过人为干预调整。

5 案例

对于以下几台变压器进行淘汰更新排序：

1）2500kVA变压器，投入时间1986年，S系列，负荷最高75%，冲击负荷高的变压器的计算后得到96分；

2）500kVA变压器，投入时间1990年，S3系列，负荷最高60%，日夜负荷变化大的变压器的计算69分；

3）1000kVA变压器，投入时间1995年，S7系列，负荷最高85%，日夜负荷变化大的变压器的计算60分；

4）2500kVA变压器，投入时间1995年，S7系列，负荷最高85%，冲击负荷高且有缺陷的变压器计算70分，与上面的S3的69分接近。由于存在缺陷，虽然能耗低于500kVA的S3系列，仍应与S3同时更换。

对上述几台变压器排序结果为：按照评分结果由高到低排列更换淘汰次序，评分为96分的2500kVA容量S系列变压器应最优先淘汰，而1000kVA容量的S7系列变压器可延缓至最后。

6 结束语

本课题主要是给出了一个单位有多台老式变压器淘汰更新的排序表。但变压器的淘汰更新是一个复杂的工程，受到方方面面因素的影响和制约，本模型在制定淘汰更新计划时提供具有一定科学性的参考依据。

更新策略应从经济性角度出发，在立足于变压器的负荷重要程度和负荷特性等因素基础上，依据劣中劣汰、优中选优的原则[1]，选择不同类型的新型节能变压器。

注：本项目研究工作得到了上海市科学技术委员会的资助，资助课题编号为071612038。

[1]李关定等，配电变压器节能浅析，上海节能，2009年第11期

[2]姜益民，浅谈配电变压器能效，变压器，2007年第44卷第10期

[3]苏新华，加速中小型老旧变压器更新换代的节电降耗，甘肃水利水电技术，2005年第41卷第2期