我國變壓器能效標準和IEC TS 60076—20：2017研究

李春霞 趙祥光 盧金鐸 劉亞

摘 要：本文介紹了主要國家和地區(qū)的變壓器能效參數(shù)（效率、總損耗、空載損耗、負載損耗）指標，對我國配電變壓器能效標準《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》（GB 20052—2013）和國際《Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency-Edition 1.0》（IEC TS 60076—20：2017）變壓器能效標準進行對比分析，得出我國能效3級的空載損耗限值高出IEC TS 60076—20：2017空載損耗限值達30%。

關(guān)鍵詞：變壓器;能效標準;損耗

中圖分類號：TM412文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）28-0112-03

Abstract： In this paper， the energy efficiency parameters （efficiency， total loss， no-load loss， load loss） of transformers in major countries and regions were introduced. The energy efficiency standards for distribution transformers in China， the Limited Value and Level of Energy Efficiency for Three-phase Distribution Transformers （GB 20052-2013） and the international Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency-Edition 1.0（IEC TS 60076—20：2017） were presented. The energy efficiency standard of ion 1.0 （IEC TS 60076-20：2017） transformer was compared and analyzed. It was concluded that the no-load loss limit of level 3 of energy efficiency in China was 30% higher than that of IEC TS 60076-20：2017.

Keywords： transformer;energy efficiency standard;loss

電力變壓器是為了傳輸電能，在同一頻率下將一個電力系統(tǒng)的交流電壓和電流值變?yōu)榱硪粋€電力系統(tǒng)的不同的電壓和電流值，借以輸送電能的具有兩個或多個繞組的靜止設(shè)備。在電能傳輸和配送過程中，電力變壓器是能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵摹?/p>

電力變壓器作為主要耗能產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)，在國民經(jīng)濟建設(shè)中起著重要作用。2017年，中國電力變壓器制造行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值約為3 400億元，年產(chǎn)量達18億kVA[1]。其中，35kV及以下產(chǎn)品產(chǎn)量近8億kVA。據(jù)統(tǒng)計，我國輸配電損耗占全國發(fā)電量的6.6%左右，其中配電變壓器損耗占40%～50%，電能損耗十分嚴重。因此，提高變壓器能效水平是電力節(jié)能減排中的重要內(nèi)容。世界許多國家、地區(qū)或組織已經(jīng)制定了變壓器能效標準。

1 變壓器能效指標

國際上對變壓器能效的評價采用不同的參數(shù)指標，北美、南美及澳大利亞等國采用的是變壓器在50%負載率下的效率指標，歐盟及中國采用空載損耗和負載損耗指標，而日本和印度則采用一定負載率下的總損耗，具體能效指標見表1。盡管形式不同，但三者可以在同一負載率、環(huán)境溫度、頻率和功率因素下進行換算并比較，在這些因素中，變壓器負載率差異非常大。

我國變壓器產(chǎn)品國家標準一般等效采用IEC標準，而我國變壓器行業(yè)已習(xí)慣用空載損耗和負載損耗來評價變壓器的能效。

2 我國配電變壓器能效標準

2006年1月，我國發(fā)布了國家強制性標準《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》（GB 20052—2006），這是我國第一版變壓器能效標準，于2006年7月實施。標準適用于三相10kV，無勵磁額定容量30kVA～1 600kVA油浸式配電變壓器和30kVA～2 500kVA干式配電變壓器[2]。

2013年，對變壓器能效標準進行修訂，2013年6月發(fā)布了國家強制性標準《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》（GB 20052—2013）[3]，該標準增加了變壓器能效等級內(nèi)容，提高了變壓器能效限定值，能效等級分為三級，1級能耗最低，是極少數(shù)企業(yè)能達到的技術(shù)水平，2級是國內(nèi)的先進水平，3級是一般水平，是我國生產(chǎn)和銷售的所有產(chǎn)品必須達到的水平。

2013年修訂后的標準中的油浸式變壓器，電工鋼帶油變能效1級和能效2級的空載損耗值相同，而1級負載損耗值則比能效2級低20%;能效2級和能效3級的負載損耗值相同;而2級空載損耗值則比能效3級低20%～30%。非晶合金油變能效1級和能效2級空載損耗值相同，1級負載損耗值比能效2級低10%。

2013年修訂后的標準中干式變壓器，電工鋼帶干變能效1級空載損耗值比能效2級低10%，1級負載損耗值比能效2級低10%;能效2級和能效3級的負載損耗值相同，而2級空載損耗值則比能效3級低20%。非晶合金干變能效1級和能效2級空載損耗值相同，1級負載損耗值比能效2級低5%。

中國電器工業(yè)協(xié)會于2016年12月26日發(fā)布了協(xié)會標準《6kV～35kV變壓器能效限定值及能效等級》（T/CEEIA 258—2016）[4]。該標準是對《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》（GB 20052—2013）的補充和完善。規(guī)定了變壓器的空載損耗和負載損耗值，并增加了與能效等級對應(yīng)的變壓器損耗水平代號。能效等級和損耗水平代號對應(yīng)關(guān)系如表2所示。

變壓器損耗水平代號見《變壓器產(chǎn)品型號編制辦法》（JB/T 3837—2016）。我國變壓器經(jīng)歷了S7、S8、S9、S10、S11等幾個系列的替代過程。目前主要的變壓器系列為S11、S12、S13、S14、S15、S16系列。

3 IEC（國際電工委員會）變壓器能效標準

IEC即國際電工委員會（International Electrical Commission），是由各國電工委員會組成的世界性標準化組織，其目的是促進世界電工電子領(lǐng)域的標準化。國際電工委員會在2017年發(fā)布了《Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency-Edition 1.0》（IEC TS 60076—20：2017）[5]標準。該標準包括36kV及以下變壓器和額定電壓36kV及以上變壓器的能效，其目的在于為變壓器提供適當?shù)哪苄У燃夁x擇，并為不同電壓等級的變壓器提供一種選擇特定能效水平的方法。

《Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency-Edition 1.0》（IEC TS 60076—20：2017）給出了3種變壓器能效的評價方法：峰值效率;空載損耗和負載損耗;規(guī)定的功率因數(shù)和特定的負載率下的效率（一般是50%負載率）。

三種評價方法都分為2個等級，1級為基本水平，2級為更高的能效等級。第2種方法和我國的評價方法一致。方法一給出了峰值效率最小值;方法二的空載損耗和負載損耗限值見表3和表4。方法三給出了50Hz和60Hz變壓器50%負載率下的最低效率值。

效率的計算給出了2種方法，方法A是一定負載率下輸入功率減去包含冷卻裝置損耗在內(nèi)的電氣損耗與輸入功率之比;方法B是一定負載率下輸出功率與輸出功率加上電氣損耗之比。方法B只適用于自冷式變壓器。電氣損耗是指變壓器的不包含冷卻裝置損耗的總損耗。

標準中的損耗限值和最低效率值都不允許有偏差。損耗值不能大于標準中給出的限值。損耗值限值與歐盟的指令中相關(guān)要求一致。

4 對比分析

對我國能效標準基本要求的3級和IEC標準的基本要求1級進行比較，油浸式變壓器負載損耗見表5，油浸式變壓器空載損耗見表6。

從表5可以看出，我國10kV油浸式變壓器能效3級負載損耗和IEC能效等級1級限值差距。低于1 000kVA的變壓器負載損耗低于或接近IEC的負載損耗，高于1 000kVA的變壓器負載損耗值高于IEC的負載損耗。

從表6可以看出我國10kV油浸式變壓器能效3級空載損耗和IEC能效等級1級限值差距。各容量變壓器空載損耗值都高出IEC的空載損耗24.56%～33.67%，在今后標準修訂中應(yīng)大幅修改空載損耗的限值。

干式變壓器負載損耗見表7，干式變壓器空載損耗見表8。

從表7可以看出我國10kV干式變壓器能效3級負載損耗和IEC能效等級1級限值差距。變壓器負載損耗低于或接近IEC的負載損耗。

從表8可以看出我國10kV干變壓器能效3級空載損耗和IEC能效等級1級限值差距。各容量變壓器空載損耗值都出IEC的空載損耗10.2%～30.0%，在今后標準修訂中應(yīng)大幅修改空載損耗的限值。

5 結(jié)語

我國變壓器能效國標《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》（GB 20052—2013）和國際《Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency-Edition 1.0》（IEC TS 60076—20：2017）存在諸多差異。后者給出了3種能效評價方法，我國現(xiàn)在只有一種評價方法。通過對比分析可知，我國能效3級的空載損耗限值高出IEC限值達30%以上，油變負載損耗值也部分超出IEC限值達8.33%。我國變壓器國標通常修改采用IEC標準，今后對能效標準的修改是否參考IEC標準值得行業(yè)內(nèi)討論。

參考文獻：

[1]中國質(zhì)量新聞網(wǎng).質(zhì)檢總局發(fā)布2018年產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查計劃[EB/OL].（2018-03-12）[2018-09-01].https：//baijiahao.baidu.com/s？id=1594722704780049328&wfr=spider&for=pc.

[2]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值：GB 20052—2006[S].北京：中國標準出版社，2006.

[3]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.三相配電變壓器能效限定值及能效等級：GB 20052-2013[S].北京：中國標準出版社，2013.

[4]中國電器工業(yè)協(xié)會. 6kV～35kV變壓器能效限定值及能效等級：T/CEEIA 258—2016[S].北京：科學(xué)技術(shù)文獻出版社，2016.

[5]International Electrical Commission. Power Transformers-Part 20： Energy Efficiency：IEC TS 60076—20：2017[S].