淺述中壓系統(tǒng)用非晶合金干式變壓器的節(jié)能優(yōu)勢(shì)

李力

（上海置信電氣非晶有限公司，上海 200335）

1.非晶干變簡(jiǎn)介

干式非晶合金鐵心配電變壓器（以下簡(jiǎn)稱非晶干變）是由具有優(yōu)異軟磁特性的非晶合金鐵心、用環(huán)氧樹脂采用真空澆注工藝加工的高壓線圈、用環(huán)氧樹脂采用端封工藝或真空澆注工藝加工的低壓線圈組合裝配的干式配電變壓器。它具有空載損耗低、難燃等優(yōu)勢(shì)，可廣泛用于高層建筑、商業(yè)中心、機(jī)場(chǎng)、地鐵、火車站、新能源電站等防火、防爆、防潮要求高等場(chǎng)所。

2.結(jié)構(gòu)特征

35kV非晶干變的結(jié)構(gòu)與疊片式硅鋼干變有著明顯區(qū)別，這些區(qū)別主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

2.1 鐵心結(jié)構(gòu)

非晶干變的鐵心結(jié)構(gòu)是四框五柱式殼式結(jié)構(gòu)，即由開口的2個(gè)大框布置在中間、2個(gè)開口的小框分別布置在大框左右側(cè)，開口設(shè)置在下鐵軛上，根據(jù)容量大小，非晶鐵心可以是單排（4個(gè)框）或雙排（8個(gè)框）或3排（12個(gè)框）組成。

2.2 夾件結(jié)構(gòu)

非晶干變的夾件由上下夾件和左右兩側(cè)端夾件組成框架結(jié)構(gòu)，上夾件上共設(shè)置12個(gè)壓釘（每相設(shè)有4個(gè)壓釘），下夾件上共設(shè)置12個(gè)定位釘（每相設(shè)有4個(gè)定位釘），從俯視圖方向看，每相的壓釘與定位釘?shù)奈恢蒙舷孪鄬?duì)應(yīng)；在下夾件的底部設(shè)置安裝底座。在上夾件上安裝了供整件起吊的吊攀。

2.3 絕緣結(jié)構(gòu)

非晶干變的絕緣結(jié)構(gòu)由主絕緣和縱絕緣組成，主絕緣是線圈到接地點(diǎn)、高低壓線圈之間、相間的絕緣結(jié)構(gòu)，高低壓線圈之間設(shè)置采用玻璃絲纏繞的絕緣筒，起到均勻電場(chǎng)和加強(qiáng)絕緣能力的目的。在A相、C相高壓線圈到非晶鐵心旁柱的4個(gè)角上，設(shè)置軟角環(huán)，軟角環(huán)一端被固定在墊塊上，另一端被固定在非晶鐵心旁柱的絕緣護(hù)板上，形成R型結(jié)構(gòu)，起到加強(qiáng)高壓線圈端部到非晶鐵心旁柱4個(gè)角部的絕緣能力。墊塊采用傘裙結(jié)構(gòu)增加高壓線圈到非晶鐵心鐵軛的爬電距離。

縱絕緣是線圈的匝間、層間或段間的絕緣結(jié)構(gòu)，高壓線圈采用分段層式結(jié)構(gòu)，通過控制段間電壓和層間電壓方式達(dá)到低局放水平的目的。

2.4 器身結(jié)構(gòu)

非晶干變的器身結(jié)構(gòu)特征是由夾件組成框架結(jié)構(gòu)，高低壓線圈通過墊塊坐落在下夾件上，非晶鐵心通過墊塊懸掛在高低壓線圈上，上夾件壓釘在軸向通過墊塊壓緊高低壓線圈，墊塊通過壓釘和定位釘相對(duì)固定其位置，在器身中起到固定高、低壓線圈的相對(duì)位置。

3.性能參數(shù)分析

2017年，全國變壓器標(biāo)委會(huì)修訂了國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 22072《干式非晶合金鐵心配電變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》，該標(biāo)準(zhǔn)新增了電壓等級(jí)35kV的SCBH15型非晶干變的性能參數(shù)。

目前，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 3837-2016《變壓器類產(chǎn)品型號(hào)編制方法》中表B.7的規(guī)定，電壓等級(jí)35kV硅鋼干式電力變壓器（以下簡(jiǎn)稱硅鋼干變）的性能參數(shù)滿足GB/T 10228-2015表5的硅鋼干變型號(hào)中損耗水平代號(hào)為“10”型。空載損耗比GB/T 10228-2015表5下降20%、負(fù)載損耗符合GB/T 10228-2015表5的硅鋼干變型號(hào)中損耗水平代號(hào)為“12”型。

下面以35kV電壓等級(jí)的容量為1000kVA、1600kVA、2500kVA為例，將SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗、負(fù)載損耗、空載電流和短路阻抗列入表1中。

表1 性能參數(shù)表

由于SCBH15型非晶干變和SCBH10型、SCBH12型硅鋼干變的負(fù)載損耗、短路阻抗相同，本文忽略三者之間對(duì)比分析的內(nèi)容，利用Excel表作圖功能僅分別作出SCBH15非晶干變與SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗和空載電流柱狀分析圖，如圖1和圖2所示。

圖1 空載損耗柱狀分析圖

圖2 空載電流柱狀分析圖

從表1、圖1和圖2中可以看出，SCBH15型非晶干變與SCB10型硅鋼干變相比，空載損耗降低約67%～69%，空載電流降低約33%～47%；SCBH15型非晶干變與SCB12型硅鋼干變相比，空載損耗降低約58.4%～61.4%，空載電流降低約33%～47%。

4.節(jié)能效果

由于SCBH15型非晶干變與SCB10型、SCB12型硅鋼干變的空載損耗和空載電流有差異，因此三者投運(yùn)后年運(yùn)行能耗是不同的。變壓器年運(yùn)行能耗計(jì)算公式如式（1）所示：

式中：E—年運(yùn)行能耗，kWh;

T—年運(yùn)行時(shí)間，取8760h;

Pτ—變壓器運(yùn)行總損耗，kW。

變壓器運(yùn)行總損耗計(jì)算公式如式（2）所示：

式中：P0—空載損耗，kW；

Pk—負(fù)載損耗，kW；

I0—空載電流，%；

UK—短路阻抗，%；

β—年平均負(fù)載率，%；

Se—變壓器額定容量，kVA；

KQ—無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，取0.05。

假設(shè)年平均負(fù)載率（β）取50%，將表1中1000kVA、1600kVA、2500kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的性能參數(shù)代入式（1）和式（2），計(jì)算出三者的運(yùn)行總損耗和年運(yùn)行能耗，并列入表2。

表2 節(jié)能效果對(duì)比表

從表2中可以看出，35kV電壓等級(jí)的SCBH15型非晶干變具有一定的節(jié)能優(yōu)勢(shì)，假設(shè)年平均負(fù)載率為50%時(shí)，單臺(tái)1000kVA、1600kVA的SCBH15型非晶干變比SCB10型硅鋼干變節(jié)約年運(yùn)行能耗分別為15812kWh和22075kWh，若電費(fèi)單價(jià)以0.8元/kWh為計(jì)，SCBH15型非晶干變比SCB10型硅鋼干變每年節(jié)約電費(fèi)分別為12650元和17660元。比SCB12型硅鋼干變節(jié)約年運(yùn)行能耗分別為11739kWh和16381kWh，年節(jié)約電費(fèi)分別為9391元和13105元。

表2給出的數(shù)據(jù)是當(dāng)年平均負(fù)載率為50%時(shí)的條件下得出，由于變壓器在運(yùn)行時(shí)負(fù)載率是一個(gè)變量，隨用戶用電需求變化而變化的，為了能全面、直觀地分析不同負(fù)載率情況的三者年運(yùn)行能耗情況，現(xiàn)利用Excel表的計(jì)算和作圖功能，分別計(jì)算出1000kVA和1600kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變?cè)谀昶骄?fù)載率0%～100%的年運(yùn)行能耗，并做出它們的年運(yùn)行能耗與年平均負(fù)載曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 1000kVA干變年運(yùn)行能耗與年平均負(fù)載率的曲線

圖4 1600kVA干變年運(yùn)行能耗與年平均負(fù)載率的曲線

從圖3、圖4中可以看出，負(fù)載率為0%～100%的SCBH15型非晶干變是最節(jié)能的，其次是SCB12型硅鋼干變，SCB10型硅鋼干變是三者中最不節(jié)能的產(chǎn)品。每個(gè)相同容量的SCBH15非晶干變、SCB12型硅鋼干變和SCB10型硅鋼干變的年運(yùn)行能耗隨年平均負(fù)載率3條曲線在某一個(gè)年平均負(fù)載率時(shí)對(duì)應(yīng)年運(yùn)行能耗值的差值是相同的，這是因?yàn)樽儔浩鞯目蛰d損耗、空載電流不會(huì)隨負(fù)載率變化而變化，它們與產(chǎn)品的鐵心性能有關(guān)，當(dāng)電網(wǎng)電壓不變時(shí)，每臺(tái)變壓器在運(yùn)行時(shí)空載損耗、空載電流也是不變的。又由于相同容量的SCBH15型非晶干變、SCB12型硅鋼干變和SCB10型硅鋼干變的額定負(fù)載損耗、短路阻抗是相同的，在相同的年平均負(fù)載率情況下，它們的實(shí)際負(fù)載損耗、短路阻抗也是相同的。這一點(diǎn)從式（2）中也可以推導(dǎo)出相同的結(jié)論。

5.結(jié)語

本文給出了35kV電壓等級(jí)SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的性能參數(shù)，并給出了它們的運(yùn)行總損耗和年運(yùn)行能耗的計(jì)算公式，利用Excel表計(jì)算和比較了1000kVA、1600kVA的SCBH15型非晶干變和SCB10型、SCB12型硅鋼干變的節(jié)能效果，證明了以下觀點(diǎn)：

（1）SCBH15型非晶干變空載損耗比SCB10型硅鋼干變的降低約67%左右；比SCB12型硅鋼干變的降低58%左右。

（2）SCBH15型非晶干變空載電流比SCB10型、SCB12型硅鋼干變的降低約33%～47%左右。

（3）在不同年平均負(fù)載率情況下，SCBH15型非晶干變最具有節(jié)能優(yōu)勢(shì)，其次是SCB12型硅鋼干變，當(dāng)容量相同時(shí)2種型號(hào)的干變的年運(yùn)行能耗差值是一個(gè)恒定值。