S13-M.ZT-160(50)～630(200)/10系列智能型有載調(diào)容變壓器技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

劉長江 龍世熠

(廣東廣特電氣有限公司，廣東 佛山 528000）

0 概述

眾所周知，農(nóng)村電網(wǎng)負(fù)荷的大小是隨季節(jié)的變化而變化的。農(nóng)忙時負(fù)荷大，農(nóng)閑時負(fù)荷小。這就給農(nóng)村電網(wǎng)配電變壓器的選型帶來困難。容量選大了，在農(nóng)閑時，會出現(xiàn)“大馬拉小車”現(xiàn)象，容量選小了，在農(nóng)忙時，因負(fù)荷過大從而引發(fā)變壓器燒毀事故。廣東清遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村在2012年就出現(xiàn)過春節(jié)期間務(wù)工人員陸續(xù)返鄉(xiāng)，因負(fù)荷陡增而導(dǎo)致很多變壓器燒毀事故發(fā)生，給當(dāng)?shù)剞r(nóng)村造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

現(xiàn)有的配電變壓器，包括箱式變電站、美式箱變等都是一種固定容量變壓器模式，變壓器的額定容量均按用戶單位最大負(fù)荷情況來配制，而實際用電負(fù)荷長期達(dá)不到負(fù)荷狀態(tài)。電力部門一直想使用一種變壓器的容量隨用電量大小不同而隨之匹配的變壓器，即在滿足用電需求的前提下最大限度降低變壓器容量以達(dá)到減少變壓器空載損耗和降低網(wǎng)絡(luò)無功電流的目的。為了能改變變壓器容量問題，國內(nèi)在農(nóng)村電網(wǎng)曾大力推廣過無勵磁調(diào)容變壓器，其原理是在變壓器斷電的情況下，通過調(diào)整改變變壓器內(nèi)部聯(lián)結(jié)組的方式，從而改變變壓器的容量，可實現(xiàn)容量3：1或2：1的變化。

無勵磁調(diào)容存在的問題是不能適時改變變壓器容量，電網(wǎng)質(zhì)量提高也不允許常停電進(jìn)行操作，且常因變壓器處于低容量時負(fù)荷突然變大，造成變壓器燒損。之所以采用無勵磁調(diào)容技術(shù)是因為始終不能解決調(diào)容開關(guān)帶電轉(zhuǎn)換的難題。

廣東廣特電氣有限公司通過多年探索，開發(fā)出S13-M.ZT系列節(jié)能智能型有載調(diào)容變壓器。該系列變壓器具有大小兩個容量，根據(jù)實際負(fù)荷大小通過智能型有載調(diào)容開關(guān)自動調(diào)節(jié)運(yùn)行容量，適用于季節(jié)性負(fù)荷變化幅度比較大的農(nóng)村電網(wǎng)，以及一些晝夜負(fù)荷變化顯著的用電場所，負(fù)荷較輕或接近空載時由大容量調(diào)為小容量運(yùn)行可大幅度降低空載損耗。

1 技術(shù)參數(shù)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)參數(shù)見表1

表1 S13-M.ZT-160(50)～630(200)/10系列有載調(diào)容變壓器技術(shù)參數(shù)表

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.2.1 鐵心

鐵心采用縱橫七步進(jìn)疊片結(jié)構(gòu)，這樣能較好地降低氣隙相鄰電工鋼片磁密，減少磁力線橫穿越氣隙的次數(shù)，從而改善傳統(tǒng)接縫鐵心在接縫處的磁性能，起到節(jié)約能源，提高供電質(zhì)量，減輕噪聲環(huán)境污染和增加材料利用率的作用。

1.2.2 線圈

高壓線圈采用無氧銅繞制，多層圓筒式結(jié)構(gòu)。160kVA及以上低壓線圈采用銅箔繞制，160kVA以下容量采用銅線繞制，從而提高了變壓器的抗突發(fā)短路能力。高低壓采用套繞結(jié)構(gòu)，這樣能保證高低壓線圈之間主空道的尺寸。為了保證線圈的輻向尺寸，在高低壓線圈外表各半迭繞一層半干性粘帶。線圈繞制完畢后，采用輻向壓緊工藝，保證鐵心窗口方向的線圈輻向尺寸達(dá)到圖紙及工藝文件的要求。

1.2.3 器身裝配

為了確保產(chǎn)品有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，我們在設(shè)計上盡量保證繞組上下端面的有效支撐及壓緊。為此，鐵軛絕緣我們采用整體結(jié)構(gòu)的環(huán)氧板，并在上面開槽，凸起的部分作墊塊用，凹下的部分作油流的通道。

1.2.4 引線

引線結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，從線圈到開關(guān)的引線布置采用側(cè)面聯(lián)結(jié)比采用從鐵軛上部聯(lián)結(jié)要簡單、且導(dǎo)線用量要少。

其它結(jié)構(gòu)與普通的變壓器基本相同，在此不再贅述。

2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.1 經(jīng)濟(jì)參數(shù)表2

表2 S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器與普通S13型變壓器經(jīng)濟(jì)參數(shù)表

2.2 運(yùn)行參數(shù)見表3

表3 S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器與普通S13型變壓器運(yùn)行參數(shù)表

2.3 分析計算

2.3.1 變壓器的總擁有費(fèi)用計算表達(dá)式為：

其中

式中：

TOC—變壓器的總擁有費(fèi)用，元；

CI—變壓器設(shè)備的初始費(fèi)用，元。一般為設(shè)備的采購價格；

Kpv—貼現(xiàn)率為i的連續(xù)n年費(fèi)用現(xiàn)值系數(shù)；

E—該變壓器用戶的平均銷售電價，元/kWh；

Hpy—變壓器年帶電小時數(shù)，取8760h；

P0—變壓器空載損耗，W；

τ—年最大負(fù)載小時數(shù),h；

β0—變壓器初始負(fù)載系數(shù)，標(biāo)么值；

Pk—變壓器額定負(fù)載損耗，W；

n—變壓器經(jīng)濟(jì)使用年限，一般取20年；

i—年貼現(xiàn)率。

式（1）中，τ、β0、Kpv的取值見表 4、表 5

表4 不同功率因數(shù)及年最大負(fù)載利用小時數(shù)下的年最大負(fù)載損耗小時數(shù)(τ)

表5 不同用電行業(yè)負(fù)載系數(shù)、最大負(fù)荷利用小時數(shù)與年最大負(fù)載損耗小時數(shù)的典型值

若變壓器一年中有四分之一時間按大容量方式運(yùn)行，四分之三時間按小容量方式運(yùn)行，根據(jù)以上數(shù)據(jù)，代入式(1)進(jìn)行計算，結(jié)果見表6

表6 S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器與普通S13型變壓器TOC值比較

從上表我們不難看出，S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器的TOC值要比S13型普通變壓器低，說明其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性更好，是最佳方案

2.3.2 最佳方案回收年限

回收年限表示式為：

其中：

式中：

h—回收年限；

kpvh—貼現(xiàn)率為i的連續(xù)h年費(fèi)用現(xiàn)值系數(shù)；

CI1、CI1、—兩種被比較變壓器的初始費(fèi)用，元；

Pk1、Pk2—兩種被比較變壓器的負(fù)載損耗，W；

P01、P02—兩種被比較變壓器的空載損耗，W。

其他參數(shù)同 2.3.1

把這些參數(shù)代入式（3）、式（4）中，得出較之S13型普通變壓器，S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器回收年限，見表7。

表7 S13-M.ZT智能有載調(diào)容變壓器回收年限投資回收年限

以上是與S13型變壓器相比較，若與S11相比，投資回收年限會更短，約為 4.2 年～5.3 年

3 試驗結(jié)果分析

廣東廣特電氣有限公司于2013年開發(fā)了S13-M.ZT-250(80)/10和S13-M.ZT-315(100)/10二種規(guī)格的有載調(diào)容油浸式變壓器，現(xiàn)將其試驗數(shù)據(jù)列表如下：

表8 標(biāo)準(zhǔn)值、計算值與實測值的比較

從表中可以看出，空載損耗均小于標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值，說明硅鋼片的材質(zhì)與工廠的工藝系數(shù)均能滿足設(shè)計的要求。負(fù)載損耗與短路阻抗均大于標(biāo)準(zhǔn)值與設(shè)計值。究其原因，其一是由于在設(shè)計時引線所占的損耗計算少了，其二是由于低壓線圈的導(dǎo)線較粗，多根并繞，輻向尺寸沒有控制好，這在以后的設(shè)計制造中會加以矯正?？偟恼f來，試驗值與設(shè)計值、標(biāo)準(zhǔn)值雖有出入，但也在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍之內(nèi)，產(chǎn)品開發(fā)是成功的。

綜上所述，該產(chǎn)品的開發(fā)，在給工廠帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益的同時，也能帶來巨大的社會效益，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

[1]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/CSG11624-2008：配電變壓器能效標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價導(dǎo)則[S].