干式变压器设备节能选型

干式变压器的设备节能选型探索
摘要：本文通过对干式变压器市场情况和选择及应用情况简介，分析了干式变压器的设备选型动向和应主要考虑影响其安全性能、使用寿命、性能参数、生产和使用节能、生产和运营环保、经济性（性价比、总费用经济效益）等方面因素。

同时，根据国内建筑供配电设计的常规思路，探索干式变压器设备节能选型的一些方法。

关键词：干式变压器市场情况选择应用非晶合金设备节能
变压器是一种改变电压传输电能的电气设备，根据电磁感应原理制成，利用一次绕组和二次绕组匝数的不同将一个电压等级变换成另一个电压等级，进行电功率的传输。

变压器的主要结构由铁心、低压线圈和高压线圈组成。

电力变压器的种类很多，按绕组绝缘类型可分为油浸式变压器和干式变压器。

其中：由于干式变压器的绕组和铁心不浸在绝缘油中，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，而且干式变压器的结构简单、维护方便，可广泛用于安全防火要求较高的场所，如高层建筑的室内变电所。

依据gb 50053>中第4.1.3条：“不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，可设置在同一房间内。

”“具有符合ip3x 防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器，当环境允许时，可相互靠近布置在车间内”。

这就为干式变压器在我国建筑市场的广泛应用提供了可靠的理论
依据和法规。

目前，干式变压器广泛应用于高层建筑、商业中心、火电站、
水电站、变电站、地铁轻轨等场合。

在我国干式变压器每年以高达20%以上的增长率迅猛增加，如今已经成为世界上产销量最大的国家之一。

干式变压器的选择及应用，主要考虑其安全性能、使用寿命、性能参数、生产和使用节能、生产和运营环保、经济性（性价比、总费用经济效益）等方面。

干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。

绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一，因此其中绝缘耐热等级的温度限制值是主要考虑的性能参数之一，按绝缘等级分，有b级，f级，h级和c级，国外有些国家在h和c级之间还有一个n级。

它们的温度限制见表1。

表1 各绝缘耐热等级的温度限制值：
目前，我国的大多数干式变压器生产技术、绝缘材料、工艺及功能设备，是随着我国“改革开放”的进展，从德国、美国等先进工业国家逐步引进。

我们选择深圳市主要干式变压器几种主要品牌产品的绝缘材料、生产技术和工艺，可分析出设备选型的选择动向和特点。

工艺类型项环氧树脂真空浇注（干式变压器）环氧树脂
缠绕工艺非晶合金式变压器
原技术引进自德国（m&c公司）美国（vcc浇注式）美
国美国/法国
国内代表厂商顺德变压器厂上海ge公司、许继电器
上海abb公司
昆明赛格迈上海abb公司
艾威普电气
技术优点及生产优势1、不带石英填料的纯环氧树脂薄绝缘（1-3mm）技术。

2、进口的浇注设备和进口的树脂绝缘材料。

3、绝缘材料具有难燃自熄特性，有阻燃，防爆 1、h级绝缘的带填料的薄绝缘环氧树脂（vcc浇注式）
2、内部的部分绝缘材料采用nomex绝缘纸
3、绝缘材料具有难燃自熄特性，有阻燃，防爆 1、resibloc缠绕式
线圈采用h级复合漆包线或铜箔绕制。

2、线圈具有机械强度高，局部放电小，过电压能力强，可靠性高等特点。

空载损耗下降80%左右，空载电流下降约85%，
目前节能效果较理想的变压器，
缺陷及不足目前尚无法使环氧树脂降解，从环保角度易造成污染。

如按型号分，有sc（环氧树脂浇注包封式）、scr（非环氧树脂浇注固体绝缘包封式）、sg（敞开式）。

铁心填充系数较低。

材料消耗，相对制造成本比浇注式有所提高材料的硬度很高，铁心填充系数较低。

目前容量不大，制造成本很高
深圳干变市场的情况（比例）（顺德变压器厂、上海ge公司、许继电器、上海abb公司）~2005年，环氧树脂真空浇注（干式变压器）占深圳干变市场的90-95%。

2002~2008年，占深圳干变市场的30-55%。

上海德力西/上海abb公司，~2008年1~5%。

深圳市场案例清华信息港、华润大厦（万象城）、熙园、万科四季花城等市民中心、电视中心、安联大厦、赛格广场等干式变压器的节能主要考虑其损耗：包括空载损耗p0、负载损耗以及附加杂散损耗等。

空载损耗是指变压器二次侧开路、一次侧加额定频率与额定正弦波电压时变压器所吸取的功率。

国际上很看重空载损耗p0值的下降，因变压器一旦投运，时刻都有损耗。

而p0是一个不随负载变化的损耗值，p0值每降低1kw，一年就可节省大量的电费。

干式变压器损耗计算公式如下：
（１）有功损耗：δｐ＝ｐ０＋ｋｔβ２ｐｋ -------（１）（２）无功损耗：δｑ＝ｑ０＋ｋｔβ２ｑｋ-------（２）（３）综合功率损耗：δｐｚ＝δｐ＋ｋｑδｑ ----（３）ｑ０≈ｉ０％ｓｎ，ｑｋ≈ｕｋ％ｓｎ
ｐ０——空载损耗，主要是铁损，包括磁滞损耗和涡流损耗；
磁滞损耗与频率成正比；与最大磁通密度的磁滞系数的次方成正比。

涡流损耗与频率、最大磁通密度、矽钢片的厚度三者的积成正比。

虽然干式变压器本身效率很高，但因其数量多、容量大，总损耗仍很大。

据估计，我国干式变压器的总损耗如每降低１％，每年可节约电力占系统总发电量的１０％左右，因此降低干式变压器损耗是势在必行的节能措施。

如果单纯从变压器的损耗方面考虑技术节能方案，追求用新型材料-非晶合金式变压器的选择将是未来的一种趋势。

非晶态合金金属：又称为“金属玻璃”，由沸腾的钢液经每秒100万度的速度冷却而成,其内在结构发生了质变，原子从有序排列变成了无序排列,具有极优异的物理磁性能、化学耐腐蚀性能和力学耐磨性能, 被称为21世纪的“绿色材料”。

国家经贸委和国家税务总局以国经贸资源(2000)159。

号文将非晶合金变压器”列入《当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录》。

并出台了一系列鼓励和扶持的政策，像免税、加速折旧、贴息和适当补助等。

根据国际电工：《iec726》国际电工委员会标准-干式电力变压器对各国干式电力变压器汇总曲线图（如下图）。

在国际工程招标中，特别看重性能价格比，对po估计值：约合5000～6000美元/kw，pk约合1000～2000美元/kw。

对于干式变压器的设计制造厂商而言，变压器的节能设计中不仅要考虑对一次能源的消耗，也要考虑材料生产与循环再利用中对环境的影响。

干式变压器的节能也可通过容量选型设计来实现。

根据国内建筑供配电设计的常规思路，当建筑物的计算负荷确定后，主要有：
1）按变压器效率最高时的负荷率βm来选择干式变压器的容量。

2）按变压器的年有功电能损耗率最小时的节能负荷率βj计算容量。

3）按变压器的经济负荷率计算容量三种常规的设计思路。

而通过工程实践及运营实际的结果，与设计结果对比，如果按方案（1）以βm来计算变压器容量，必将造成容量过大，使用户初期投资大量增加。

如果按方案（2）以节能负荷率βj计算容量，由于实际负荷总在变化，无法精确计算出变压器的电能损耗。

然而相当于二班制运行特点的高层建筑中的配电变压器，按βj计算出的容量还是偏大。

如果按方案（3）按变压器的经济负荷率，年有功电能损耗率最小时的节能负荷率βj计算变压器的容量有利于节省初投资。

在配电变压器的总装机容量确定时，复核干式变压器额定容量及负载能力满足经济负荷时，也可利用干式变压器具有较强的超额定容量运行能力满足短时最大负荷。

一般在应急情况下，变压器的实际负载能力可超过额定容量110~150%。

如果使干式变压器在强迫风冷状态下运行，可短时持续1.5倍过载运行。

根据负载性质及重载时间段，适当减小变压器容量;或适当减少备用容量，也是节能措施。

当然若需要利用干变的过负载能力时，所有电器元件的选配就必须与其过负载能力相匹配。

目前，国内变压器节能减耗的评价方法主要有：dl/t985-2005（引自nema-toc法）/《国内变压器能效的技术经济评价方法》。

它是以经济代价的评价：用总拥有费用法对变压器在使用寿命期间总的经济代价的评价。

总拥有费用（total owning cost)基本计算流程：
toc = 干式变压器初始购置费用＋空载损耗费用＋负载损耗费用
空载损耗费用＝a($/w)×空载损耗(w)
负载损耗费用＝b($/w)×负载损耗(w)
其中 p0， pf为额定空载、负载有功损耗q0、qf 为额定空载、负载漏磁功率
k 为无功经济当量，一般k＝0.1 kw/kvarse－变压器额定容量q0 =i0%se，qf =ud% se i0% －干式变压器空载电流 ud%－变压器阻抗电压
由此可见，总拥有费用基本评价方法综合考虑了变压器价格、损耗、负荷特点、电价等技术经济指标对干式变压器经济性的影响。

综上所述，干式变压器的设备节能选型探索要从工程技术、经济分析和总拥有费用评估方面，密切结合国家的节能政策导向，全面、正确地认识干式变压器高效节能的经济性，以选择最经济、合理的配电干式变压器，达到合理高效节能使用干式变压器的目的。

注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。