高效节能型配电变压器推广应用研究

机械与电子　Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界　　Ｖｉｓｉｏｎ　科技・探索・争鸣　高效节能型配电变压器推广应用研究　张伟　（上海大学机电工程与自动化学院，中国上海２０００７２）　【摘要】目前国内配电变压器大部分为低能效等级产品，耗能相对较多。本文通过系统分析高效节能型配变替换低能效配变的增加成本、　年节约耗电量及补贴情况．从投资回报及降低Ｃ０２排放量两个角度提出了推广高效节能型配电变压器应用的可行性和必要性。　【关键词】高效节能；配电变压器；推广　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｔｈｅ　Ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ　ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｉ　（Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，ＢＡＯＳＴＥＥＬ　ＩＲＯＮ＆ＳＴＥＥＬ　ＣＯ．，ＬＴＤ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０００７２，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ａｒｅ　ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｉｓ　ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ　ｈｉｇｈ．ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｓｔｓ　ｒｉｓｉｎｇ，ｅｎｅｒｇｙ　ｓａｖｉｎｇ　ａｎｄ　ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔ　ｓｕｂｓｉｄｉｅｓ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｈｉｇｈ　ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｙ—ｓａｖｉｇｎｇ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｒｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ｔｏ　ｒｅｐｌａｃｅ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｌｏｗ　ｅｎｅｒｇｙ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓ　ｔｈｅ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ—ｓａｖｉｎｇ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｐｏｉｎｔ　ｏｆ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｒｅｔｕｒｎ　ｏｎ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｒｅｄｕｃｉｎｇ　ＣＯｚ　ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】Ｈｉｇｈ　ｅｆｉｃｉｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｅｎｅｒｙ—ｓｇａｖｉｎｇ；Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；Ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ　工业部、国家计委、国家科委联合发布了机械科［１９９８］２７２号文《关于　公布机械工业第１８批节能机电产品推广项目及第１７批淘汰落后机　降低变压器的损耗．提高电力系统效率．是目前世界各国关注的　电产品项目通知》．文件明确淘汰生产ｓ７系列的配电变压器，取而代　问题　在整个供电系统中，配电变压器所占比重最大，改进其性能、降　之的是ｓ９系列　后来国家又颁发ＧＢ　２００５２－－２００５＠ｇ电变压器的能　低损耗．对电力系统节能具有重要意义。我国存量配电变压器有大部　效限定值及节能评价值》的标准，该标准要求更高的目标能效值标准于　分为低能效的ｓ７和ｓ９等级．能源耗费严重．不利用落实国家提出的　２０１０年７月１日实施．也就是说油浸式配电变压器能耗要降低到Ｓｌ１　节能降耗．与目前的国际大环境极为不符ｌｌ＿２】　水平．而干式变压器能耗要降至ｓｃｌ０水平　我国电网的线损率高达８．７％，而德国仅为４．６％，落后之因是：　为了大力推广高效节能型配电变压器．２０１２年１１月２Ｏ日．财政　是我国电网结构落后，网架薄弱。如电网中中小型老旧高能耗变压　部发布了《节能产品惠民工程高效节能配电变压器推广实施细则》，符　器拥有量太大，缺乏调节能力，造成事故率高。线损率高；二是电网运　合条件的高效节能变压器补贴幅度在３．８％～２８．５％不等．补贴力度超　行管理落后．强调安全运行，忽视运行：三是陈旧的观念和粗放性管　过预期　油浸式配电变压器能效等级及高效节能变压器推广财政补贴　理促成线损率过高［３１　总之，造成我国电网损耗大的主要原因是，我国　标准分别如表１、表２所示　城乡电网结构和电网结构中及电网运行管理中含量太低Ｈ　变　表１　油浸式配电变压器能效等级　压器是输变电设备中的能耗大户　其总损耗占系统总发电量的　３援　２援　１最　３％～４％，所以降低变压器运行损耗、提高运行能效是节能工作　氟定　负载　电工锕蒂　车晶合金　短路　空载损耗（ｗ）　负载损耗（ｗ）　负载　负载　的当务之急　国外发达国家都十分重视配电变压器的节能降　容量　空筑　损耗（　阻抗　ｋＶＡ　损耗　空载　损耗（　空载　捆耗（ｗ）　耗，以国际能源署ｆ　ＩＥＡ　１一台４００　ｋＶＡ配电变压器为例，在其　ｍ　１）ｙｎｌｌ／　电工钢　丰晶　Ｄ￣ｌ１］　损耗　Ｄ＝　ｌ１，　损耗　％　＂ｏｎｅ　蒂　合金　（ｗ）　ｖｙａｅ　ｏｒ）　Ｙｙｕ０　使用寿命期内　损失的总电能的价格高于变压器自身成本约３　￣１ｎｔ１１　倍．造成的排放量相当于１２５～ｌ８４　ｔ的Ｃ０２ｔＳｌ　而一台节能型的　ｌ００　６３０　３３　８０　５０５　４８０　５４０　变压器可以减少约５６　ｔ　ＣＯ　的排放。我国也在积极推进节能型　１３０　８＂７０　９１０　８，０　６９Ｓ　４３　ｍ　６３　１５０　１０４０　ｌＤ加　８７ｏ　８３０　５０　９８ｏ　配电变压器的推广应用．于２００６年出台了ＧＢ２００５２—２００６（（三　１８０　１３０　６０　１３０　１０５０　１０（ＫＩ　１１８０　１１２５　相配电变压器能效限定值及节能评价值》标准．其对推动社会　１００　２００　１　５８０　１　５００　１５８０　１５００　ｌｌ２６５　ｌ２００　７５　１４２ｏ　节能工作、实现“十一五”规划中建设节约型社会起到了积极作　２４０　ｌ７０　ｌ８００　１Ｊ７０　１５１０　１４４０　ｌ７０ｏ　ｌ６２ｏ　０引言　片ｊ　。　１６０　２∞　２釉　３４０　４００　２６ｏｏ　２３１０　２７】０　２２Ｏ０　２６００　３０５０　２１８５　１７６Ｏ　ｌ００　２硼０　１２０　２４４０　１４０　２Ｏ８０　２３４０　２｛｝８０　１　国家高能效节能型配电变压器推广　我国配电变压器技术发展的过程中曾出现过多部相关标　准．比如：ＪＢ　５０Ｏ一６４、ＪＢ　１３０Ｏ一７３、ＪＢ１３Ｏ１—７３、ＪＢ　１３０２—７３、　２５０　４８０　５７０　６８０　６３０　８１０　３８３０　３６５０　２ＯＯ　３黜Ｏ　４１０　４８０　卵Ｏ　６２００　２９２０　１７ｏ　３４４０　２００　４１２０　２４０　４９６０　３２０　３４４５　４０７０　４８７０　３８７ｏ　４６３５　ＪＢ　１３０３—７３、ＪＢ　ｌ３Ｏ４—７３、ＧＢ　６４５１—８６、ＧＢ／Ｔ　６４５１—９９《三　相油浸式电力变压器技术参数和要求》、ＧＢ／Ｔ　１０２２８－－８８、ＧＢ／Ｔ　８００　９８０　７５００　７５００　６ｏＯ０　３８０　１０２２８－－１９９７（（干式电力变压器技术参数和要求》、ＪＢ／Ｔ１０３１８—　１０００　Ｕ　５０　ｌ∞Ｏ０　８３０　８３０　９２７０　４　５　２００２《油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》、ＧＢ　Ｉｌ２５０　１３６０　９７０　１２０ｏ０　９７０　５３０　２００５２－－２００５（（￣电变压器的能效限定值及节能评价值》和ＤＬ／　Ｉ１６００　１６４０　１４５００　ｌ１　ｍ　１４５００　Ｉｌ６０ｏ　６３０　Ｔ　９８５－－２００５（（￣电变压器及技术经济评价导则》来指导生产和　选用Ｉ　Ｉ。根据不同技术标准设计的变压器．其损耗水平有明显差　异　同时各制造厂商又不断推出高于现行标准的变压器．如Ｓ１１和　２高能效节能型配电变压器推广性价比分析　ｓｃ１０系列的配电变压器　以目前情况来看．按ＧＢ／Ｔ　６４５１—９９之前的　（１）配电变压器年运行成本计算公式　标准来设计与生产的设备属于高损耗变压器．按ＧＢ／Ｔ　６４５　１—９９标准　目前公认较为准确的配电变压器运行成本计算公式为南网公司　来设计与生产的设备属于低损耗变压器㈣　在变压器标准更新和发展　公式，其中考虑了变压器的空载损耗、负载损耗、空载电流、短路阻抗、　过程中，国家也相继颁发了淘汰技术落后和高损耗变压器等文件　原　额定容量、空载运行小时数及负载运行小时数等几乎所有变压器参　水利电力部于１９８３年颁发了（８３）水电物资第１６号文《关于停止装用　数，具体公式如下：　高能耗配电变压器的通知》，文件明确规定：禁止购置和有计划地逐步　ｃｐ＝（８７６０×ＰＯ＋５５１９×Ｐｋ）＋Ｏ．Ｏ５×（８６Ｏ０×ＩＯ×Ｐｎ＋５５１９×ｕｋ×Ｐｎ）］×Ｏ．６　更新ＪＢ　５ＯＯ一６４标准的配电变压器［９１　继而于１９９８年底原国家机械　（１）　作者简介：张伟（１９８３一），男，上海大学机电工程与自动化学院研究生，研究方向为电机和变压器的仿真开发。　ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎ。ｌ。ｇｙ　Ｖｉｓｉ。ｎ科技视界ｌ　９１　Ｉ　科技・秣・争Ｉ毫　式中：　Ｓｃ科ｉｅｎｃｅ＆Ｔｅ技ｃｈ视ｎｏｌｏｇｙ界　　Ｖｉｓｉｏｎ　可计算出ｓ７型３１５ｋＶＭｌＯｋＶ配电变压器回收价格为１２３９６元．而海　鸿变压器厂Ｓ１３一Ｍ・ＲＬ一３１５ｋＶＭＩＯｋＶ出厂价为３６５００元．故以Ｓ１３　型替换ｓ７型配电变压器增加成本为２４１０４元　（４）Ｓ１３型（新能效２级）替换Ｓ７型配电变压器回收年限　如前所述．以Ｓ１３型替换Ｓ７型配电变压器．每年节约成本７０１２　元．增加成本为２４１０４元，不考虑补贴情况下．成本回收年限为３．４　年：如果考虑补贴１０￣／ｋＶＡ，则３１５ｋＶＡ容量变压器补贴额为３ｌ５０　元．成本回收年限为３．０年．具体如下表６所示：　表６　Ｓ１３型替换Ｓ７型配电变压器回收年限　Ｓ１３／￥７差价　兀　ｃｐ——年运行成本（元）　Ｐ　变压器空载损耗（ｋＷ）　Ｐｋ——变压器负载损耗（ｋＷ１　１０——变压器空载电流（％）　ｕｋ——变压器短路阻抗（％）　Ｐｎ——变压器额定容量（ｋＶＡ１　８７６　变压器全年运行空载小时数ｆｈ１　５５ｌ９一变压器全年运行负载小时数（ｈ）（供电企业）　０．Ｏ５——无功当量　Ｏ．６——电费（￣ｃ／ｋＷ・ｈ）　表２高效节能变压器推广财政补贴标准　产品类型　能效水平　能效１级　电工钢带　油浸式　年】互仃成本　下降　兀　回收年限　焦　补贴额　兀　回收年限　（补贴）　正　铁芯材料　非晶合金　补贴标准（元／ｋＶＡ）　３０　２Ｏ　４　ｌＯ　４０　２５　６　ｌ５　２４１０４　７０１２　３．４　３ｌ５Ｏ　３．０　非晶合金　能效２级　电工钢带　非晶合金　能效１级　电工钢带　干式　非晶合金　能效２级　电工钢带　鉴于利用￥１３型替换Ｓ７型配电变压器成本回收年限较短．可以　采用合同能源管理方式（ＥＭＣ）．由节能公司先期垫付变压器更换成　本．在后续的节能量上采用与节能公司进行分成的方式偿付先期投入　资本．无需更换单位自行出资　（５）Ｓ１３型（新能效２级）替换ｓ７型配电变压器降低ＣＯ　排放量　根据前面计算公式（１）．分别对Ｓ１３型及ｓ７型配电变压器年耗电　量进行计算．针对变压器实际情况建立ＬＣＡ模型．得出Ｓｌ３型及Ｓ７　型配电变压器ＣＯ：排放结果，以Ｓ１３型替换ｓ７型配电变压器，年降低　ＣＯ２排放９１７４ｋｇ，降幅约３０％，具体如图ｌ所示：　（２）Ｓ１３型（新能效２级）替换Ｓ７型配电变压器年节约资金　以３１５ｋＶＡ／１０ｋＶ配电变压器为例．按照国家标准．采用ＹＹ型接　法的３１５ｋＶＭ１０ｋＶ配电变压器Ｓ１３型和ｓ７型配电变压器相关参数　如下表３所示：　表３　３１　５ｋＶＮ１　０ｋＶ－－ＹＹ接法性能参数　阻抗　型号　％　Ｓ７　４　ｗ　７６０　ｗ　４８００　％　２．０　空载损耗　负载损耗　空载电流　Ｓ１３　４　３４０　３６５０　０．９　图１　Ｓｌ３型及Ｓ７型配电变压器每年ＣＯ　排放量（单位：ｋｇ）　根据前面计算公式（１），可计算出Ｓ１３型配电变压器每年运行成　本为１６７４２元．ｓ７型配电变压器每年运行成本为２３７５４元．以Ｓ１３型　替换ｓ７型配电变压器每年节约成本７０１２元。　（３）Ｓ１３型（新能效２级）替换Ｓ７型配电变压器增加成本　对ｓ７型３１５ｋＶＡ／１０ｋＶ配电变压器进行回收后．可分拆为铜、铁　芯、油及钢材，每台可分拆材料见下表４所示：　表４　Ｓ７型配电变压器分拆材料表　铜重　ｋｇ　ｌ７８－４　３结论　（１）从成本角度考虑．利用ｓｌ３型高效节能型配变替换ｓ７型配　变．大致需要３－４年时间回收成本，在目前补贴的情况下，成本回　收年限则更短．可以采用合同能源管理方式（ＥＭＣ）进行推广；　（２）从环境方面考虑，利用Ｓ１３型高效节能型配变替换ｓ７型配　变．可以降低约３０％的ｃ０：排放量，对缓解全球变暖产生了积极的影　响．并有利于我国在哥本哈根会议上提出的２０２０年单位国内生产总　铁芯重　ｋｇ　４５９　油重　ｋｇ　２４５　总重　ｋｇ　１２８３　器身重　ｋｇ　７４０　钢材重　ｋｇ　２９８　值二氧化碳排放比２００５年下降４ｏ％—４５％目标的实现。●　【参考文献】　ｆ　１］何忠治．电工钢『Ｍ１．北京：冶金工业出版社，１９９７．　ｆ２］周佃民．宝钢高能耗配电变压器的淘汰更新ｆＪ］．电力需求侧管理，２００９（９）１　ｌ　ｆ４］周晓虹．配电变压器的节能『Ｊ１ｌ华东电力，２０１０（９）３８．　２０１３年１月份中国废品网铜、铁芯、油及钢材的回收价格如下表　『３］刘军．新型节能变压器应用推广的意义ｆＪ１．甘肃科技，２００８（２４）１７．　５所示：　表５分拆材料回收价格　铜回收价　铁芯　变压器油　钢材　４７　４．５　５　２．４２　Ｙｌ一　：；／ｋｇ　７１；／ｋｇ　元，ｌ【ｇ　７ｒ——＿　４ｋｇ　『５］姜益民．浅谈配电变压器能效Ⅲ．变压器，２００８（４４）１７　『６］王磊．铁路１０ｋＶ电力变压器故障分析『Ｊ１．中国西部科技，２０１　１（２０）　『７］饶栋敏．对ｌＯｋＶ配电变压器选择与安装的探讨『Ｊ１．科技资讯．２０１　１（１９）．　『８］邢智辉　孟祥慧．浅析电力变压器的保护措施『Ｊ１ｌ民营科技，２０１　１（１１）．　『９］刘春娟．电力变压器运行维护与故障分析『Ｊ１．科技风，２０１０（２３）．　『１０］夏一峰．浅议电力系统中变压器抗短路能力提高Ｉ　Ｊｌｌ科技风，２０１０（０５）　［责任编辑：曹明明］　按照２０１３年１月份中国废品网铜、铁　芑：、油及钢材的回收价格　科技视界Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｉｓｉｏｎ