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非晶体合金在变压器中的应用

   日期:2013-03-23     来源:工控之家网    作者:工控之家    浏览:14    评论:0    

1、引言

    齐鲁公司6kV动力变压器S6、S7系列的使用占到总应用的90%以上。随着装置的连续运行,已经接近20年,该类型变压器空载损耗大,而且目前漏油严重,难以修复。一方面造成环境污染,浪费能源。另一方面存在安全运行隐患。

    目前,国内的6.3~10 kV等级电力变压器已经普及S9系列,现在国内市场又有Sll系列变压器作为可选项目。自1994年在三委三部的领导下,沈变所研发了SH-160、200、315、500 kVA四种品种,1998年上海置信电气公司引进美国GE和联信公司的设计及工艺技术,是国内唯一专业生产非晶体合金变压器的企业,到目前国内生产非晶体变的企业已达到30余家。

2、非晶体合金特性

    低损耗,尤其较低的空载损耗;低噪声,尤其空载噪声要低;全密封,使变压器油不与外界空气接触,满足免维修要求:能满足环刚供电要求,无外露带电部分,使用安全。采用非晶铁心的组合式配电变压器是理想的发展方向,非晶合金配电变压器的空载损耗比硅钢片下降70%~80%。普通硅钢片的厚度为0.35mm,0.30mm ,0.27mm.0.23mm,0.18mm。硅钢片的厚度与变压器的涡流损耗和磁滞损耗有很大的关系,硅钢片厚度减少一半,其铁损减少3/4。非晶体合金铁心片的厚度仅为0.025mm,大大小于普通硅钢片的厚度,因此,在减少铁损上占有很大的优势。非晶体合金的效率最高到99.4%,普通硅钢片的变压器效率为96%左右。

3、待于更新的变压器的情况

    1号PVC装置原有1600kVA的变压器8台,800kVA的变压器2台。正常情况下,每2台变压器为一组供两段低压母线,作为相互备用,分列运行。要求任何台变压器的容量满足两段母线的负荷要求。

    2台S7—800kVA的变压器所带的负荷主要为照明,白天的负荷仅为3.5%,接近空载。2台1600kVA变压器所带负荷为事故风机,其负荷率仅为13%。6台1600kVA变压器的负荷为装置内的电动机,根据最初设计,其每台容量足够带两段母线满负荷运行。在正常运行期间,每台变压器的负荷率在26%~32%。

    从以上的列举可以看到,800kVA的2台变压器白天接近于空载运行,其主要的功率损耗为铁损(与电压有关,恒定)。而1600kVA的变压器的铁损在变压器的整个损耗中也占大部分。

4、变压器的损耗情况对比

S11叠铁心配电变压器主要性能指标如表1所示

表1

    非晶体合金变压器的性能如表2所示

    非晶体合金变压器的负载损耗同S11变压器的损耗基本接近。

5、有关的变压器能效的评测

    国际上有许多评价变压器能效的方法,所有的方法都要求比较变压器价格及其损耗费用。美国在20世纪70年代后期,由于能源价格的攀升,许多电力公司开始要求所设计的变压器应能具有最低的服务年限费用,这样就产生了总拥有费用(TOC)法。TOC法在美国于1981年发展成为工业标准。按照TOC标准购置变压器一直沿用至今,TOC方法是总和了变压器的初始费用和等价现值的损耗费用,表达所购变压器全而的综合费用。
    用等价初始费用(EquivalentFirstCost,EFC)的总拥有费用法TOCEFC(以下简称T0C)评价变压器经济效益。参照了美国国家电气制造商协会的有关标准,即美国NEMATPl—1996标准,并结合了中国的实际情况。
    (1)总拥有费用法TOC(TotalOwningCost)
    所谓总拥有费用(TOC),就是变压器的初始投资和其在使用期内的损耗费用之和。总拥有费用法通过比较具有不_司效率水平和不同价格的变压器的总拥有费用,按照总拥有费用最低来选择变压器效率水平。
    (2)TOC的计算公式
    TOC=C+A•NL+B•LL
式中,NL为变压器额定空载损耗或铁损(kW);LL为变压器额定负载损耗或铜损(kW):A为变压器寿命期间空载损耗每千瓦的资本费用(元/kW).B为变压器寿命期间负载损耗每千乩的资本费用(元/kW);C为变压器初始费用,方案对比时可用其设各价格(元)。
    (3)计算式参数的确定
    1)变压器空载损耗NL和负载损耗LL
    变压器空载损耗NL和负载损耗LL都包括额定有功损耗,并计及其无功功率在电网上的有功损耗,按下式计算
    空载损耗
    负载损耗
    式中,是变压器额定空载有功损耗,即铁损,kW;是变压器额定励磁功率,kvar:是变压器额定负载有功损耗,即铜损,kW:是变压器额定负载漏磁功率,kvar:K是无功经济当量,按变压器在电网中的位置取值,一般可取k=0.1 kW/kvar;是变压器空载电流(%):为变压器阻抗电压(%);是变压器额定容量:(kVA)。
    A系数是变压器寿命期间单位空载损耗的资本费用,元/kW,B系数是变压器寿命期间单位负载损耗的资本费用,元/kW。A和B两个系数对于变压器购买者掌握变压器空载损耗和负载损耗价值甚为重要。一旦确定A和B的数值,评价变压器的总费用就变得简单易行了。
    对电力企业和非电力企业,A和B系数的确定有小同的方法。A和B系数与变压器空载损耗和负载损耗有联系的能量费用和容量费用呈函数关系。对于电力企业而言,由于单位损耗的能量费用和容量费用与发电、输电和配电的整个过程投资和运行方式有关,比较复杂,需由电力企业专业人员研究制定。
    例如,计算S9——800/10与S7—800/10变压器的总拥有费用比较,使用年限20年。
    解:①计算SBH1l——800型,800 kVA变压器的无功功率在内的损耗数值
    空载损耗
    =380W
    负载损耗
    =7500W
    ②同理,S7—800的损耗数值
    空载损耗:S7为2.5kW:
    负载损耗:S7为13.49 kW。
    ③变压器空载与负载的损耗费用(使用年限20年)
    空载损耗费用
    非晶体变压器为A•NLS9-0.38A
    S7变压器为A•NLNT=2.5A
    负载损耗费用
    非晶体变压器为B•LL39=7.5B
    S7变压器为  B•LLS7=13.49B
    ④变压器单价S9为63 640元,S7为55 340元。
    ⑤使用期20年的TOC总拥有费用
    TOC非晶=非晶价格+0.38A+7.5B
    =非晶价格+18 495+132 510
    =151 005十非晶价格
    TOCS7=S7价格+2.5A+13.49B
    =S7价格+121 680+238 341
    =S7价格+360 021
    查有关数据A=48672元/kW,B=17668元/KW。

    比较后,TOC非品明显小于TOCS7。从以上比较来看,属于淘汰类型的S7、S6变雎器的空载损耗远远大于目前的节能型变压器的损耗,而非晶体合金的空载损耗的降低尤为突出。

    目前,我公司装置所用的10台变压器的负荷率比较低,选用空载损耗比较低的节能变压器将会大大降低电能的损耗,经济效益明显。通过使用非晶体合金变压器近年的统计,在运行费用中的消费资金有明显降低,这对于企业的挖潜增效是相当可观的。

文章来源于《节能创新2006——首届全国电气节能大赛论文集》
 
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