新型节能变压器项目效益研究

新型节能变压器项目效益研究

李萌华

（国网河南省电力公司漯河供电公司河南省漯河市462000）

摘要：近年来，我国的电力供需市场快速发展，发电端电源建设的加速支撑着用电端需求的不断扩大。然而，不容忽视的电能损耗数据也在提醒我们，电能建设在努力"开源"的同时，也必须关注“节流”。采用综合能效费用法（TOC法），通过工程实例对更换节能型变压器的经济效益进行了具体分析。该方法对选择变压器型号及比较节能经济效果具有实际意义。

关键词：节能技术变压器节能效果综合能效费用法

变压器是电力系统的主要设备，在电能输送、分配及使用过程中发挥着关键作用。变压器损耗在电网总线变损中约占30%~40%，我国所有变压器损耗占全国发电量的2%以上。选用节能型变压器是供电企业降低电网线变损的关键措施之一。供电企业在新建、扩建工程以及大修技改项目中都会遇到购置变压器的情况。由于电力变压器一次性投资较高，且更新周期较长，所以对拟选用的变压器进行经济效益分析和比较尤为重要。本文以我公司南35KV站更换电力变压器项目为例，采用综合能效费用法（TOC法）对该项目的经济效益进行分析。

一、变压器的损耗分析

我公司南35KV站原有两台主变，型号为SFZ7-16000/35，为天津市变压器总厂生产。该型号变压器的空载损耗为17.0，kW，负载损耗为76.42，kW。SFZ7型变压器空载损耗大，已经被列入国家淘汰设备目录。因此，将其更换为SZ11型节能变压器，同时容量增加至20，000，kVA。新型节能变压器型号为SZ11-20，000/35，空载损耗为15.57，kW，负载损耗为82.78，kW。

二、变压器经济效益评价方法及实例分析

变压器的经济使用年限一般为20年，在使用周期内，变压器的综合能效费用TOC（TotalOwningCost）是我们讨论的目标。TOC是变压器初始投资费用和在整个经济使用期内各年度发生费用贴现到变压器投运年份的现值之和。由于不同型号的变压器在运输、安装等方面的费用基本相同，并且在运行中的运行维护费用也相差不多，所以初始投资CI即为变压器的设备购置费用，变压器投运后各年份的发生费用现值EFC即为变压器的空载损耗与负载损耗消耗的电能成本。即TOC=CI+EFC。

2.1变压器年空载损耗量的计算

变压器年空载损耗量：W=P×T00

式中：P0为变压器的额定空载损耗；T为变压器年运行小时数，通常取8，760，h。

2.1.1变压器年负载损耗量的计算

变压器负载损耗Pk与变压器所带负载大小有关。变压器所带负载为实时变化的瞬时值，且不同变压器的年负载曲线各不相同。即便如此，所有变压器年持续负载曲线β=f（t）均可等效为如下形状（见图1），设定变压器年运行小时数为8，760，h。

注：β为变压器负载率；βh为变压器年最大负载率；βa为变压器年平均负载率；βl为变压器年低谷负载率；Tmax为变压器年最大负载利用小时数。

由于不同时间变压器所带各类负荷比例及无功补偿度不同，很难获得变压器功率因数cosφ随时间变化的值，所以将cosφ近似于年平均值，则β=f（t）和P=f（t）的曲线被认为相同。

由于变压器在经济使用年限内每年的输送总电量均会发生变化，每年的最大负荷也常常呈现增长趋势，所以每年的负载损耗也有所不同。可以通过变压器年最大负荷时的负载损耗来计算变压器负载损耗量Wk。变压器年负载损耗量：

2式中：τ为年最大负载损耗小时数，PL为变压器经济使用期间的最大负载等效系数，Kt为变压器的温度校正系数，Pk为变压器负载损耗。

2.1.2τ的计算

变压器的年最大负载损耗小时数τ是变压器全年的负载损耗电量与其在年高峰负载时发生的负载损耗之比。

由于将P=f（t）曲线近似为β=f（t）曲线，所以有：

由于β=f（t）曲线的形状各异，难以获得其解析表达式，但是均可等效为图1的形状，所以可将其等效为三段式或者二段式曲线，见图2和图3。

2.1.3PL计算

PL的计算假设在变压器经济使用期间，变压器不因负载增涨过快：

式中：β0为变压器的初始年高峰负载率；n为变压器的经济使用年限，一般取20年；g为变压器高峰负载率；n为变压器的经济使用年限，一般取20年；g为变压器高峰负载年均增长率。

2.1.4KT的取值

Kt为变压器的温度校正系数。根据变压器的国家标准，变压器铭牌所示的额定负载损耗和短路阻抗均为按照其绝缘耐热等级校正到相应的参数温度下的值。因此，温度校正系数可取1.0。

2.2南35KV站节能变压器经济效果计算分析

2.2.1变压器年空载损耗量计算

根据表1中的数据，

SFZ7型变压器的年空载损耗量W=P×T=17.00，kW×8760，h=148920.0，kWh。

SZ11型变压器的年空载损耗量W'=P'×T=15.57，kW×8760，h=136393.2，kWh。

2.2.2变压器年负载损耗量计算

1：变压器年最大负载损耗小时数τ值的计算。计算变压器τ值，应确定变压器年持续负载曲线的等效近似曲线。首先，根据三段式近似曲线计算τ值。根据电网实测数据，南35KV站全站全年平均有功功率为9，600，kW，最大功率Ph为13，900，kW，最小功率Pl为5，400，kW。

若M=1，或者M=L，则说明βh=βm，或者βl

=βm，三段式近似曲线不成立，应改用二段式近似曲线表达β=f（t）的实际曲线。本实例符合三段式近似曲线的情况。

根据三段式近似曲线：

计算得出τ′=4，724.65，h

2.5变压器更换后经济效益计算

W=τ×PL×P×K=4，724.65×[69.50%×1.016kjjkt

变压器更换后的节能经济效益主要体现为更换后每年可节省的电能成本。财务上反映投资收益一般采用现值法。参考银行贷款利率，取贴现率i为7%。购电单价C取0.65元/kwh。则SFZ7型变压器损耗的电能成本贴现到投资年的值EFC可由下式计算，其中n取20年。

同样计算可得SZ11型变压器损耗的电能成本贴现到投资年的值EFC=2，606，227.65元。与SFZ7型变压器相比，同样运行20年，单台SZ11型变压器可节约电能成本现值约为990，014.22元。对本例中两台变压器，则可节约的电能成本现值约为198万元。

本实例重点为讨论节能变压器更换后的经济效益，侧重于计算EFC。如果是不同型号节能变压器的选择问题，则还需考虑比较设备购置费用IC。

三、结论

通过上述计算简易分析，可以看到，评估节能变压器，应该从三个方面进行考虑。第一，是标准角度，即符合能效标准和相关产品技术标准，是性能可靠的产品，这是基本原则；第二，是环境影响最小（运行能耗最低），即不仅有可以核证的节电量，所利用的资源（及材料）节约并能有效循环利用；第三，是综合能效费用最低，即体现节能变压器经济性和用户运行管理效益。

随着S7系列高耗能变压器的逐步淘汰，更换新型节能变压器成为大势所趋。如何比较准确地计算出更换节能变压器后的经济效益是考核节能效果、对不同型号变压器进行选择的关键环节。

本文根据变压器综合能效费用法，对南35KV站更换节能变压器项目的经济效益进行了实例分析。该方法在考虑了变压器年空载损耗、年负荷增长率、负载损耗随变压器负载率变化的规律以及电能损耗成本的贴现值等因素后，得出南35KV站更换节能变压器项目共可减少约198万元的电能成本。

对于有不同型号变压器可供选择的情况，也可用此方法进行比较。在本实例的基础上，还需要增加设备购置费CI的比较。

在评价体系中，将环境资源使用成本、资源循环利用成本、能源电力价格、运行管理和维护成本反映并落实到用户的成本评价体系，形成围绕全寿命周期变压器资产管理为核心涵盖电力缴费政策、采购政策、运行维护、替换更新决策和性能效率评估等内容的综合管理方法体系，引导用户能够以变压器寿命周期的资产回报和效益为考核评价指标，并引导变压器企业对于产品的全寿命周期下的性能设计并提升客服服务体系，促进产业各相关利益方共同分享节能变压器的效益，并形成差异化的、丰富的节能变压器市场。

在政府主导的电力需求侧电能数据服务平台下，加强配电系统的数据采集和分析，以变压器经济运行数据和真实的节电量为核证内容，完善系统检测、核证和评估能力，提升能源管理体系中配电系统的能效管理水平，通过科学的分析，形成节能变压器的科学选择决策才能更加稳步健康的发展。

参考文献

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