淺談油田高耗能變壓器減容及節(jié)能改造

梁智鵬

（大慶油田中油電能有限公司電力設(shè)計院電力培訓中心，黑龍江 大慶 163000）

油氣資源的開發(fā)離不開電能，隨著油田規(guī)模的變大，用電量會呈現(xiàn)出不斷增長的趨勢，為了提高油田企業(yè)的經(jīng)濟效益，需要在保證油氣產(chǎn)量的基礎(chǔ)上最大程度地降低成本，采取有效措施來降低電能分配和應(yīng)用過程中產(chǎn)生的損耗，提升電能的利用率，保證油田生產(chǎn)的順利進行。油氣開采所應(yīng)用的變壓器存在著大馬拉小車問題，變壓器損耗現(xiàn)象較為嚴重，對耗能嚴重的變壓器進行淘汰，對變壓器容量進行合理的調(diào)整，讓變壓器工作在經(jīng)濟區(qū)間內(nèi)，可以達到節(jié)能降耗的目的。

1 油田電網(wǎng)現(xiàn)狀和存在的問題

1.1 油田電網(wǎng)現(xiàn)狀

很多油田電網(wǎng)都在20 世紀80 ～90 年代進行建設(shè)并投入使用，持續(xù)數(shù)十年的應(yīng)用，電力設(shè)備存在著嚴重的老化問題。為了保證油田安全生產(chǎn)，油多油井都配置了高能耗的變壓器，變壓器的負荷應(yīng)用率只達到30%左右，存在著較為嚴重的大馬拉小車問題，沒有對變壓器的經(jīng)濟運行進行考慮，油田電網(wǎng)電壓等級多為6kV、10kV、35kV，變能耗變壓器可占有到60%左右，在很多采油區(qū)塊都有大量分布。

1.2 存在的問題

油田開發(fā)早期，應(yīng)用的變壓器都已經(jīng)與負荷區(qū)間產(chǎn)生很大的偏離，低壓供電線路很長，線損和壓降問題較為突出。除此之外，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的不斷推進，一些變壓器架空高度不低于2.5 米的要求，而落地式變壓器必須采取有效措施進行遮擋，給變壓器的安全運行帶來了隱患。

當前，油田配電變壓器數(shù)量較多，很多為S7 型變壓器，為高耗能變壓器，有著較高的空載和負載損耗，絕緣保護設(shè)備老化問題比較嚴重，需要較多投入較大的后續(xù)維護資金，S9、S11 變壓器與S7 系列變壓器進行對比可以發(fā)現(xiàn)，其空載損耗會減小70%，而負載損耗會降低36%，需要對配電變壓器進行合理地減容，有用新型的節(jié)能變壓器進行供電，還應(yīng)該進行移位改造，有效地減少變壓器損耗，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果，保證油田電網(wǎng)可以經(jīng)濟合理地運行。

1.3 變壓器應(yīng)用調(diào)查和應(yīng)對措施

對油田供電線路高能耗變壓器進行統(tǒng)計調(diào)查，可以發(fā)現(xiàn)很多變壓器的負荷與容量存在著不匹配現(xiàn)象，大馬拉小車問題十分突出。例如，如供電線路變壓器容量為315kVA，為附近4 口油井人工舉升設(shè)備進行供電，每臺電機的額定功率只有103kW,實際運行功率為79kW，可以采用S11 型容量為100kVA 的變壓器，負荷率可以由原來的25%提高至80%，而變壓器容量會降低215kVA，每年可減少2.8 萬元的費用，有著較高的經(jīng)濟效益。

2 變壓器減容改造

目前，油田企業(yè)很多變壓器面臨著更新，陳舊的高能耗變壓需要淘汰和改造，新型變壓器的選型應(yīng)該以技術(shù)經(jīng)濟性作為標準，更加注重節(jié)能降耗的效果，不應(yīng)該再采用能耗高的S7 型變壓器，可以應(yīng)用具有更好節(jié)能效果的S9、S11 型變壓器。

2.1 變壓器節(jié)能改造

變壓器節(jié)能改造應(yīng)該考慮到空載損耗、主絕緣距離、負載損耗、線圈高度等相關(guān)指標，對變壓器繞組參數(shù)、電流密度等進行調(diào)整 ，使變壓器的電磁參數(shù)可以實現(xiàn)合理的配置，可以有效減小變壓器空載和負載條件下的損耗，從而使S9、S11 型變壓器節(jié)能改造后的空載、負載損耗及阻抗能提高到S9 型變壓器的性能，實現(xiàn)S7 型變壓器向S9、S11 變壓器的節(jié)能改造。

2.2 技術(shù)改造

在進行變壓器節(jié)能改造以前，需要對高能耗變壓器性能進行整體分析，因為不同廠家生產(chǎn)的變壓器應(yīng)用圖紙有著很大的差異，相同容量的硅鋼片會有著不同，鐵芯材質(zhì)、尺寸等會相差更大。因此，對S7 型變壓器進行節(jié)能降耗改造，需要對變壓器電磁進行再次設(shè)計，重新繞制高低線圈，并更換變壓器的絕緣部分，原來的鐵芯和油箱等部件可以重復應(yīng)用，然后，對部分構(gòu)件進行優(yōu)化，提高變壓器機械強度和可靠性，使變壓器運行到合理負荷區(qū)間內(nèi)。

當變壓器鐵芯材質(zhì)滿足改造需要，通過理論和試驗論證以后，可以再次設(shè)計變壓器繞組，把原來的鋁線圈增加匝數(shù)以改進為銅線圈，合理提升高、低繞組匝數(shù)，減小變壓器磁通密度，可以達到S9 型空載損耗性能要求。如果對線圈和部分鐵芯進行改進，當變壓喊叫鐵芯材質(zhì)不高，又存在著較嚴重的鐵損、銅損，只對繞組進行改進是無法達到低能耗的技術(shù)要求的，需要對主級鐵芯進行優(yōu)化，方可以達到S9 型變壓性能要求。在進行降容改造方面，如果S7 型變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計得十分緊湊，而鐵芯窗口尺寸又不能達到要求，進行理論計算無法改造成相同容量的S9 型變壓器，可以改造為較低容量的節(jié)能變壓器。例如，S7 型8000kVA 的變壓器，由于結(jié)構(gòu)過于緊湊，無法改造為相同容量的S9 變壓器，可以設(shè)計為S9 型的6300kVA 的變壓器，如果達不到的變壓器運行負荷的要求，可以應(yīng)用到其他的油氣生產(chǎn)場合。

3 變壓器減容改造費用預算分析

S7 型變壓器的鐵芯、絕緣油箱等可以再次利用，改造費用主要應(yīng)用到繞組銅線、分接開關(guān)和密封材料中，但變壓器原有性能不高，這就要求采用新的鐵芯，這就增加了硅鋼片費用，不同容量變壓器應(yīng)用的材料數(shù)量也不盡相同，把35kV 電壓等級的S7 型變壓器作為實例，該變壓器容量為6300kVA，估測每臺變壓器所需材料費用約為28 萬元，人工等其他費用為5 萬元，總計費用為33 萬元。

對節(jié)能改造后的損耗情況進行比較來看，空載損耗由原來的8.2kW 減小到6.6kW，損耗率降低了20%左右。負載損耗從原來的41kW 減小到37kW，損耗降低了10%。從年節(jié)約電能情況來分析，每年可節(jié)省44895kWh 的電能。

雖然高能耗變壓器改造比較麻煩，但每臺改造費用與新變壓器售價對比來看，改造所需要的費用只為新購置變壓器的50%左右，再把節(jié)省的電費、線路損耗等因素考慮進來，只達到購買新變壓費用的44%，如果對全油田高能耗變壓器進行改造，投入資金的回收時間只需要8 年左右。

4 變壓器改造可行性分析

從經(jīng)濟效益角度進行分析，高耗能變壓器的節(jié)能改造需要以優(yōu)化磁通設(shè)計作為主要內(nèi)容，把材料和工藝進行作為輔助工作，可以保證節(jié)能改造后的變壓器達到S9 型變壓器的性能，可以為油田企業(yè)節(jié)省更多的電能。利用計算機輔助設(shè)計技術(shù)，使變壓器繞組、磁通密度、電流密度等達到全理的匹配，變壓器的空載和負載損耗可以降到最低，從而可以把S7 型變壓器總損耗減小20%～25%，達到國家規(guī)定的低能耗變壓器標準，有著很好的節(jié)能效果，變壓器運行費用會顯著減少。如果將油田所有S7 型變壓器改造為低耗能變壓器，會實現(xiàn)很高的經(jīng)濟效益。對高耗能變壓器進行改造利用，可以減少新電力設(shè)備的購置成本，滿足國家對節(jié)能降耗的總體布局。因為變壓器制造企業(yè)較多，每臺變壓器都有不同的設(shè)計參數(shù)，會導致變壓器改造工作很難順利開展。在改造以前，還需要對變壓器具備的特性進行測試，而且不同變壓器應(yīng)用的材質(zhì)也不同，需要對每個變壓器的改造方案進行單獨設(shè)計。

變壓器絕緣油也可以實現(xiàn)再次回收利用，改造成本可以進一步減少，為了提升電力設(shè)備的耐壓能力，絕緣材料可以利用新型材料，需要更換新型的密封膠墊，并對導線進行加固處理，更換繞組減少鐵心磁通密度時，可以優(yōu)化鐵芯疊積結(jié)構(gòu)，將二階交錯轉(zhuǎn)變?yōu)槿A接縫方式，可以有效地減小空載損耗，變壓器空載損耗則會減少。如果為硅鋼片材質(zhì)及鐵芯制造工藝不好的高能耗變壓器，可對部分硅鋼片進行更換，從而達到S9 型變壓器節(jié)能指標。

5 結(jié)語

綜上所述，對油田高能耗變壓器進行節(jié)能改造，可以有效提高配電網(wǎng)的可靠性和安全性，為油氣資源開發(fā)提供能源保證，還可以改善配電網(wǎng)的供電質(zhì)量，提高油田電網(wǎng)能力，改變油田變壓器大馬拉小車的問題，電網(wǎng)的損耗得到有效降低，達到了很好的節(jié)能降耗效果，使油田電網(wǎng)實現(xiàn)了經(jīng)濟運行。