變壓器節(jié)能設(shè)計的探討與分析

王 瑛, 鄭 凱

(1.浙江省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院有限公司, 浙江 杭州 310000; 2.浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司, 浙江 杭州 310000)

0 引 言

2021年6月1日實施的GB 20052—2020《電力變壓器能效限定值及能效等級》代替GB 24790—2009《電力變壓器能效限定值及能效等級》和GB 20052—2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級》。新標(biāo)準(zhǔn)刪除了電力變壓器節(jié)能評價值和目標(biāo)能效限定值,提高了10 kV配電變壓器產(chǎn)品的空載損耗或負載損耗指標(biāo)要求。但GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第6.2.3條[1]仍規(guī)定:變壓器應(yīng)選用低損耗型,且能效值不應(yīng)低于GB 20052—2020中能效標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能評價值[2]。新標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致GB 50189—2015規(guī)定中的節(jié)能評價值無法落地執(zhí)行。2022年4月1日實施的GB 55015-2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》第3.3.1條規(guī)定:電力變壓器的能效水平應(yīng)高于能效等級3級的要求。至此,變壓器能效等級的分級與變壓器節(jié)能設(shè)計的規(guī)范要求相統(tǒng)一。本文探討的均為10 kV干式三相雙繞組無勵磁調(diào)壓配電變壓器。

1 變壓器能效等級的選用

1.1 低損耗變壓器選用

GB 20052—2020《電力變壓器能效限定值及能效等級》規(guī)定電力變壓器能效等級分為3級,其中1級能效最高,損耗最低,同時規(guī)定變壓器能效限定值是指空載損耗和負載損耗值均不高于變壓器能效等級中的3級。對比GB 20052—2020中表2所示的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):

(1) 額定容量、能效等級相同時,非晶合金與電工鋼帶相比,負載損耗相同,空載損耗降低60%左右;

(2) 額定容量、鐵心材質(zhì)相同時,1級與2級相比,負載損耗相同,空載損耗降低15%左右;2級與3級相比,負載損耗降低10%,空載損耗降低15%左右。

按GB 55015—2021選用變壓器的規(guī)定,能效等級為1級、2級、3級的變壓器均可選用,這與2022年2月1日實施的浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)DB 33/1036—2021《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》和DB 33/1015—2021《居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[3-4]是一致的。2022年1月1日實施的DB 33/1092—2021浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》進一步規(guī)定[5]:一星級綠色建筑中的電力變壓器的能效水平應(yīng)高于能效等級3級的要求;二星級綠色建筑中的電力變壓器的能效水平應(yīng)高于能效等級2級的要求;三星綠色級建筑中的電力變壓器的能效水平應(yīng)高于能效等級1級的要求。

1.2 變壓器型號的選擇

變壓器類產(chǎn)品型號的編制和注冊主要以機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 3837—2016《變壓器類產(chǎn)品型號編制方法》作為基本技術(shù)依據(jù)[6]。JB/T 3837—2016對干式電力變壓器損耗水平代號為10、11、12、13、15、16的空載損耗和負載損耗作了規(guī)定,其中損耗水平代號15、16只適用于非晶合金無勵磁調(diào)壓配電變壓器。同樣由于新老標(biāo)準(zhǔn)更替導(dǎo)致JB/T 3837—2016與GB 20052—2020脫節(jié),為此相關(guān)部門出臺了變壓器類產(chǎn)品型號注冊管理辦法,該辦法明確規(guī)定了電力變壓器損耗水平代號(試行),試用期截止到JB/T 3837—2016的修訂版正式發(fā)布實施之日。結(jié)合浙江省工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品型號管理辦法,浙江省各級綠色建筑的變壓器型號選擇如表1所示。

表1 浙江省各級綠色建筑的變壓器型號選擇表

一星級綠色建筑中的變壓器型號可選擇SCB 12—XX kVA—NX3或SCBH 15—XX kVA—NX3;二星級綠色建筑中的變壓器型號可選擇SCB 14—XX kVA—NX2或SCBH 17—XX kVA—NX2;三星級綠色建筑中的變壓器型號可選擇SCB 18—XX kVA—NX1或SCBH 19—XX kVA—NX1。

2 變壓器經(jīng)濟運行參照標(biāo)準(zhǔn)

針對GB 50189—2015條文說明6.2.4條“電力變壓器經(jīng)濟運行計算可參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13462—2008《電力變壓器經(jīng)濟運行》。配電變壓器經(jīng)濟運行計算可參照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 985—2012《配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟評價導(dǎo)則》”,做如下探討。

2.1 DL/T 985—2012的主要內(nèi)容

DL/T 985—2012提供了一種綜合考慮變壓器價格、損耗、負載特點、電價等指標(biāo)的分析和比較配電變壓器能效的技術(shù)經(jīng)濟評價方法[7](綜合能效費用法)。該方法通過比較各可行技術(shù)方案的變壓器經(jīng)濟使用期內(nèi)的損耗費用貼現(xiàn)值和初始投資的總和,選擇費用最少的方案作為最佳方案。該方法分別給出了供電企業(yè)和非供電企業(yè)的綜合能效費用的計算方法,兩種方法的主要差異在于供電企業(yè)較非供電企業(yè)的綜合能效費用組成多包括了變壓器損耗增加的上級電網(wǎng)綜合投資,綜合能效費用組成圖示如圖1所示。

圖1 綜合能效費用組成圖示

2.2 GB/T 13462—2008的主要內(nèi)容

GB/T 13462—2008規(guī)定了電力變壓器的經(jīng)濟運行原則與技術(shù)要求[8],以及確定經(jīng)濟運行的計算方法和管理要求。其中經(jīng)濟運行是指在確保安全可靠運行及滿足供電需求量的基礎(chǔ)上,通過對變壓器進行合理配置,對變壓器的運行方式進行優(yōu)化選擇,對變壓器負載實施經(jīng)濟調(diào)整,從而最大限度地降低變壓器的電能損耗。

2.3 變壓器經(jīng)濟運行參照標(biāo)準(zhǔn)的選擇

在變壓器進行節(jié)能設(shè)計時,優(yōu)化變壓器組合的容量和臺數(shù)、優(yōu)化運行方式、確定經(jīng)濟運行區(qū)間可參照GB/T 13462,變壓器選型的技術(shù)經(jīng)濟評價可參照DL/T 985[9-10]。

3 變壓器經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)的確定

變壓器的最佳運行范圍是電力工程的一個重要方面[11-13],變壓器的有效利用和節(jié)能關(guān)系重大,因為在電力系統(tǒng)中的變壓器安裝容量約為發(fā)電容量的3～5倍,變壓器的投資和總體能量消耗是相當(dāng)可觀的,如果解決好這方面的問題,其節(jié)資和節(jié)能的效果也是可觀的。因此,變壓器的安裝容量和運行效率一直為人們所關(guān)注,有關(guān)這方面的資料很多只論述變壓器的最佳負荷率為多少,而僅知道一個最佳負荷率實際工程應(yīng)用價值有限。

本文利用GB/T 13462的經(jīng)濟運行區(qū)計算方法確定了電工鋼帶變壓器能效等級1級、2級、3級的經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)。經(jīng)濟運行區(qū)是指綜合功率損耗等于或低于變壓器額定負載時的綜合功率損耗率的負載區(qū)間,最佳經(jīng)濟運行區(qū)是指綜合功率損耗接近變壓器經(jīng)濟負載系數(shù)時的綜合功率損耗的負載區(qū)間。具體技術(shù)參數(shù)和計算結(jié)果得出1級、2級、3級能效電工配電變壓器性能參數(shù)、經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)如表2、表3和表4所示。其中無功經(jīng)濟當(dāng)量按照變壓器低壓側(cè)補償功率因數(shù)不小于0.9時取0.04。

表2 1級能效電工配電變壓器性能參數(shù)、經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)

表3 2級能效電工配電變壓器性能參數(shù)、經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)

表4 3級能效電工配電變壓器性能參數(shù)、經(jīng)濟運行區(qū)和最佳經(jīng)濟運行區(qū)

4 結(jié) 語

近年來,國家有關(guān)節(jié)約能源、環(huán)境保護的規(guī)范和政策變化較大,尤其是碳達峰碳中和的相關(guān)工作落實以來,浙江省建筑領(lǐng)域相關(guān)地方標(biāo)準(zhǔn)進一步提高了相關(guān)設(shè)計要求。變壓器的選用,涉及到國家標(biāo)準(zhǔn)、機械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品型號管理辦法等多方面的規(guī)定,導(dǎo)致設(shè)計人員對相關(guān)內(nèi)容認識不一致等情況。希望本文的分析可以作為工程技術(shù)人員選用變壓器的提供參考。