利用電力變壓器損耗為變電站房屋供暖探索

楊作梁，楊　森

(1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 技能培訓(xùn)中心，河北　保定　071051；

2.沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧　沈陽(yáng)　110136)

?

利用電力變壓器損耗為變電站房屋供暖探索

楊作梁1，楊森2

(1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 技能培訓(xùn)中心，河北保定071051；

2.沈陽(yáng)工程學(xué)院，遼寧沈陽(yáng)110136)

摘要：大型電力變壓器損耗已達(dá)兆瓦級(jí)，但如何回收利用，長(zhǎng)期以來(lái)鮮有人提及。針對(duì)低溫?zé)崴椛渖峁┡锜嵩礈囟容^低的特點(diǎn)，提出了利用專(zhuān)用熱交換器把原來(lái)通過(guò)變壓器冷卻器散失掉的部分熱能加以回收以替代供暖鍋爐的方法，實(shí)現(xiàn)利用變壓器損耗為變電站房屋供暖。這種供暖方式不僅具有很好的節(jié)能效果，而且沒(méi)有任何污染、不需要專(zhuān)人照料，具有一定的推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;損耗;變電站;供暖;節(jié)能

0引言

由于大型變電站多建在郊外，工作和休息場(chǎng)所在冬季的供暖必須自行解決。目前采用的供暖熱源主要有：燃煤鍋爐、電鍋爐等。如果采用燃煤鍋爐供暖不僅污染環(huán)境，而且還需要專(zhuān)人照料，當(dāng)然也要消耗一次能源。如果采用電鍋爐供暖雖然比較環(huán)保，也不要專(zhuān)人照料，但是要消耗大量電能。而另一方面，眾多大型電力變壓器的損耗都沒(méi)有得到任何利用，白白浪費(fèi)掉了。如果能將電力變壓器的損耗加以回收利用不僅可滿(mǎn)足供暖要求，而且既節(jié)能又環(huán)保。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于變壓器損耗回收利用的研究較少。文獻(xiàn)[1]提出了采用熱泵技術(shù)回收熱能實(shí)現(xiàn)供暖的方法，但其投資較大，且對(duì)廢熱的利用不夠直接。本文針對(duì)低溫?zé)崴椛渖峁┡锜嵩礈囟容^低的特點(diǎn)，提出了利用專(zhuān)用熱交換器把原來(lái)通過(guò)變壓器冷卻器散失掉的部分熱能加以回收以替代供暖鍋爐的方法，實(shí)現(xiàn)利用變壓器損耗為變電站房屋供暖[2]。

1電力變壓器損耗概況

變壓器的能量損耗包括本體損耗(由空載損耗和負(fù)載損耗組成，通常稱(chēng)為總損耗)和輔助設(shè)備損耗。采取一定措施后，前者可以加以回收利用。

電力變壓器的能量總損耗隨其電壓等級(jí)、容量和類(lèi)型不同而不同。表1和表2所列220 kV和500 kV變電站為有人值守變電站，其中的損耗數(shù)據(jù)是單臺(tái)不同電壓等級(jí)、不同容量三相油浸式電力變壓器額定工況下的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)[3]。

表1220 kV變電站變壓器損耗情況

變壓器容量/MVA240300370400420空載損耗/kW160189221234242負(fù)載損耗/kW567675790837868總損耗/kW727864101110711110

表2500 kV變電站變壓器損耗情況

變壓器容量/MVA400420480600720空載損耗/kW210220235310360負(fù)載損耗/kW10001010112014101620總損耗/kW12101230135517201980

從表1和表2所列數(shù)據(jù)可以看出，電力變壓器的損耗從幾百千瓦到幾兆瓦不等，隨著變壓器容量越大其損耗也越大。即使變電站只采用一臺(tái)240 MVA的變壓器，在50%負(fù)荷下，變壓器的損耗也可以達(dá)到360 kW。

2變電站房屋供暖現(xiàn)狀

對(duì)于有人值守變電站，冬季供暖主要采用燃煤(或燃油)鍋爐、電鍋爐、空調(diào)、電暖氣等多種方式[4]。需要供暖的房屋主要包括控制機(jī)房、通訊機(jī)房、工作人員休息室、辦公室、食堂等，供暖面積從數(shù)百平米到數(shù)千平米不等。通常情況下，220 kV變電站的供暖面積為1 000 m3左右，500 kV變電站的供暖面積為2 000 m3左右，所需供暖功率為120 kW和240 kW左右。

3利用變壓器損耗供暖的可行性

以有人值守的220 kV最小變電站為例。

一臺(tái)240 MVA的三相電力變壓器在額定工況下的總損耗為727 kW；在50%負(fù)荷下，變壓器的損耗也可以達(dá)到363 kW。需要冷卻器散熱的功率如果按60%~80%計(jì)算，則可供供暖的功率為218~290 kW，而變電站在冬季的供暖負(fù)荷約為120 kW，因此利用變壓器損耗可滿(mǎn)足變電站供暖功率要求。

如果采用低溫?zé)崴匕遢椛涔┡O(shè)計(jì)推薦的的供水溫度為35~45℃，而根據(jù)筆者的實(shí)際體驗(yàn)，只要能提供30~40℃的熱水即可很好滿(mǎn)足地板輻射供暖需要，室內(nèi)溫度可以保持在23~28℃。而地板輻射供暖的供回水溫差一般為 3~6℃，所以回水溫度通常為24~36℃。

在設(shè)計(jì)工況下，要求變壓器頂層油溫不超過(guò)85℃(強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷)和70℃(強(qiáng)迫油循環(huán)水冷)；冷卻介質(zhì)允許最高溫度分別為40℃和30℃[5-6]。

在非供暖季節(jié)，運(yùn)行過(guò)程中變壓器出口油溫一般為45~70℃。到了冬季，在投入冷卻器的情況下，變壓器油溫會(huì)較低。如果設(shè)法降低冷卻器散熱功率，則可以得到滿(mǎn)足供暖需要的油溫。如果假設(shè)熱交換器的出口端差高達(dá)10℃，只要將變壓器出口油溫控制在40~50℃即可滿(mǎn)足低溫?zé)崴匕遢椛涔┡枰猍7-8]。

因此，利用電力變壓器的損耗供暖不論是功率還是水溫都是可以滿(mǎn)足要求的。

4供暖系統(tǒng)工作原理

利用電力變壓器損耗為變電站房屋供暖的工作原理圖如圖1所示。其工作原理是：在供暖季節(jié)，通過(guò)合理減少變壓器冷卻器散熱功率提高變壓器的出口油溫，使其滿(mǎn)足供熱要求，然后通過(guò)專(zhuān)用熱交換器把供熱介質(zhì)加熱到所需溫度，然后通過(guò)低溫?zé)崴椛渖岬匕逑蚍块g供暖。

圖1　供暖系統(tǒng)原理圖1-變壓器；2-變壓器冷卻器；3-供暖熱交換器；4-地板輻射散熱器；5-膨脹箱；6-變壓器油循環(huán)泵；7-供暖循環(huán)水泵；8-上三通調(diào)節(jié)閥；9-下三通調(diào)節(jié)閥

具體技術(shù)措施如下：

(1)在保持電力變壓器整體結(jié)構(gòu)不變的前提下，加裝一臺(tái)供暖熱交換器(油-水熱交換器)(如圖2所示)，利用變壓器的熱油加熱供暖介質(zhì)(水)。

圖2　供暖熱交換器1-上雙層管板；2-下雙層管板；3-進(jìn)油口；4-出油口； 5-出水口；6-進(jìn)水口

(2)在變壓器油箱與冷卻器之間的變壓器油進(jìn)出管道上，分別加裝三通調(diào)節(jié)閥，變壓器油箱上側(cè)熱油出口管道上的稱(chēng)為上三通閥，下側(cè)冷油進(jìn)口管道上的稱(chēng)為下三通閥。上三通閥的入口端與變壓器油箱相連，兩個(gè)出口端分別與變壓器冷卻器和供暖熱交換器相連。下三通閥的進(jìn)口端分別與變壓器冷卻器和供暖熱交換器相連，出口與變壓器油箱相連。其中，上三通閥采用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可根據(jù)室外溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器冷卻器與供熱交換器的油量。油溫控制通過(guò)自動(dòng)裝置調(diào)節(jié)冷卻器冷卻功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。

(3)供暖熱交換器采用上、下管板都是雙層管板的直管表面式熱交換器，受熱面管采用黃銅管，確保水不會(huì)漏到油側(cè)。

(4)供暖介質(zhì)采用蒸餾水，確保熱交換器不會(huì)結(jié)水垢，也不會(huì)被腐蝕，即使變壓器漏電，也不會(huì)傳導(dǎo)到熱用戶(hù)側(cè)，有利于變壓器和用戶(hù)安全。

(5)熱交換器到用戶(hù)側(cè)供、回水管全部采用高強(qiáng)度、耐溫塑料管，防止變壓器萬(wàn)一漏電危及熱用戶(hù)安全。

(6)由于受變壓器油溫的限制，可供供暖用的熱水溫度不可能很高，所以用戶(hù)散熱器采用低溫?zé)崴椛渖岬匕濉＿@種散熱器不僅采暖效果好，溫度分布均勻，更符合人體生理需要，而且安全、衛(wèi)生、不占空間。

5結(jié)語(yǔ)

用油-水熱交換器替代供暖鍋爐，通過(guò)利用變壓器損耗為變電站房屋供熱，不僅沒(méi)有任何污染，不需要專(zhuān)人照料，而且還有很好的節(jié)能效果。僅河北省有人值守220 kV和500 kV變電站就有180座，如果每個(gè)變電站的供暖負(fù)荷按100 kW計(jì)算，粗略估計(jì)一個(gè)供暖季共計(jì)可節(jié)電5184萬(wàn)kW·h，按居民用電價(jià)格計(jì)算可節(jié)約電費(fèi)2 952萬(wàn)元。因此，這是一項(xiàng)很值得研究推廣的技術(shù)。

不論是雙層管板熱交換器還是低溫?zé)崴椛渖岬匕?，都是成熟技術(shù)，所以不論是設(shè)備制造還是施工都不存在技術(shù)問(wèn)題。如果是新建變電站，在設(shè)計(jì)、建造供暖系統(tǒng)時(shí)可以直接采用本技術(shù)。如果是老變電站，可以在變電站大修時(shí)，通過(guò)技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)利用變壓器損耗供暖。

參考文獻(xiàn)

[1]呂燦仁，胡金心．利用變電站廢熱的熱泵系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究[J]．節(jié)能技術(shù)，1996(1)：5-8.

[2]李興，紀(jì)明．變電站采用不同采暖方式的技術(shù)分析[J]．天津電力技術(shù)，2009(2)：21-23.

[3]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)總局，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)．油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求:GB/T6451-2008[S]．北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[4]中國(guó)建筑科學(xué)研究院．民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB50736-2012[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[5]余偉，李金發(fā)．強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器低溫運(yùn)行狀況的改善[J]．江西電力技術(shù)，2008，32(3)：27-28.

[6]趙麗．液體循環(huán)式顯熱回收在嚴(yán)寒地區(qū)的使用[J]．暖通空調(diào)，2014，44(6)：93-96.

[7]張自國(guó)．使用太陽(yáng)能的低溫地板輻射供暖研究[J]．長(zhǎng)春工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，14(1)：108-109.

[8]劉金武，簡(jiǎn)廷強(qiáng)．石油化工企業(yè)余熱在供暖系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]．石油化工應(yīng)用，2014，33(10)：112-117.

Research on the Substation Buildings Heating Using Power Transformer LossYANG Zuo-liang1，YANG Sen2

(1.State Grid Jibei Electric Power Co．,Ltd., Skill Training Center，Baoding 071051，China；

2.Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 100136，China)

Abstract：He loss of large power transformer has achieved MW level. But few people noticed how to recycle these energies. The low temperature hot water radiant heating system need a heat source which temperature is relatively low. According to this characteristic this paper proposed a method that using a dedicated heat exchanger to recycle a part of the heat energy which lost by transformer cooler. Through this method we can use the transformer loss to heat the substation house and then eliminate the existing boiler heating system. This heating plan has a certain promotional value. Because it not only has a good energy saving effect, but also no pollution and don’t need special care.

Key words：power transformer; loss; substation; heating; energy conservation

作者簡(jiǎn)介：楊作梁(1964~)，男，學(xué)士，副教授，研究方向?yàn)榛痣姀S經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

收稿日期2015-03-04修訂稿日期2015-04-15

中圖分類(lèi)號(hào)：TK11+5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1002-6339 (2015) 06-0559-03