摘要：文章介紹了變壓器損耗的組成及形成原因，綜合考慮了新型配電變壓器的節(jié)能效果與銷售價(jià)格因素，分析了新型變壓器使用的經(jīng)濟(jì)效果；具體分析了新型變壓器的節(jié)能原理，即新工藝、新材料的使用；探討了目前使用很少但前景較好的兩種高燃點(diǎn)油變壓器的應(yīng)用價(jià)值；討論了目前應(yīng)用較多的兩種干式變壓器的各自特點(diǎn)及使用情況以及配電變壓器兩種聯(lián)結(jié)組別的優(yōu)缺點(diǎn)及在實(shí)際應(yīng)用中存在的問(wèn)題。
　　
　　1、前言
　　
　　當(dāng)前，世界能源日益緊張，節(jié)能已經(jīng)成為全社會(huì)共同關(guān)注與研究的課題。節(jié)能不僅是經(jīng)濟(jì)上的考慮，同時(shí)對(duì)減少環(huán)境污染也有重要意義。配電變壓器作為使用的電力設(shè)施，數(shù)量種類繁多，對(duì)節(jié)能減排有著重要意義。國(guó)家電網(wǎng)對(duì)此也很重視，特別規(guī)定新安裝的配電變壓器必須達(dá)到性能代號(hào)9以上。配電變壓器存在數(shù)量巨大、型號(hào)復(fù)雜、難以管理的問(wèn)題，需提高各方人員的節(jié)能意識(shí)，才能收到理想效果。如若將目前仍被大量使用的性能代號(hào)為7的高損耗變壓器，更換成性能代號(hào)為11的低損耗變壓器，只要約7年時(shí)間，就能將初期投資收回，還有環(huán)保效益。當(dāng)前對(duì)配電變壓器的安全性及變壓器電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。因此，筆者認(rèn)為有必要對(duì)配電變壓器的應(yīng)用進(jìn)行探討，以便更合理的使用配電變壓器。
　　
　　2、變壓器的損耗
　　
　　變壓器有功損耗分空載損耗P0和負(fù)載損耗Pk，空載損耗主要由鐵芯中的磁滯損失和渦流損失造成，這兩種損耗皆由變壓器的鐵芯產(chǎn)生，因此空載損耗也稱鐵損。空載損耗與電壓、頻率、鐵芯材質(zhì)等因素有關(guān)，與負(fù)載大小無(wú)關(guān)，因此是相對(duì)固定的損耗。
　　
　　額定負(fù)載損耗指一二次繞組都運(yùn)行于額定電流狀態(tài)下，一二次繞組產(chǎn)生的損耗，因一二次繞組都是銅繞組，因此也稱為銅損。負(fù)載損耗隨負(fù)載大小及運(yùn)行溫度的變化而變化。變壓器無(wú)功損耗不直接產(chǎn)生實(shí)際電能損耗，可通過(guò)低壓側(cè)電容補(bǔ)償。
　　
　　3、新型配電變壓器的節(jié)能原理
　　
　　性能代號(hào)的涵義為：在S7型以上，空載損耗每降低約10%，代號(hào)“7”則在數(shù)字上加“1”。從S7型發(fā)展到S9型，負(fù)載損耗降低較多，平均為25%，后因沒(méi)有突破性新材質(zhì)，負(fù)載損耗下降較困難。所以性能水平代號(hào)以空載損耗降低為標(biāo)準(zhǔn)。以400kVA為例，S7型空載損耗920W，S11型空載損耗570W，下降38%。
　　
　　常用的新型配電變壓器是S11型疊鐵芯變壓器，分析損耗降低原理為：生產(chǎn)S11型變壓器采用的是外高磁化力的高導(dǎo)磁硅鋼片，片厚為0.27mm，單位鐵損1W/kg，新S9型為普通硅鋼片，片厚為0.35mm，單位鐵損1.55W/kg。如果要使單位損耗進(jìn)一步降低，就需進(jìn)一步采用激光照射和機(jī)械壓痕的措施，如日本采用激光照射的ZDKH冷軋取向硅鋼片，0.27厚為0.93W/kg，0.23厚為0.85W/kg。硅鋼片越薄，渦流的抵消效果越好，損耗越低。
　　
　　為了降低損耗，硅鋼片使用的厚度越來(lái)越薄，而片形越薄，剛度越差，給疊積鐵芯造成困難，而卷鐵芯變壓器適宜使用薄型硅鋼片。因卷鐵芯幾乎沒(méi)有疊鐵芯的疊接接縫，減少了磁阻，因此空載損耗小。卷鐵芯變壓器制作加工較困難(特別是630kVA以上的變壓器)，設(shè)備投資大，容量越小的，卷鐵芯*性體現(xiàn)得越明顯，但容量越大的卷鐵芯的*性就越顯現(xiàn)不出來(lái)。
　　
　　因此，卷鐵芯產(chǎn)品尚不具備明顯優(yōu)勢(shì)，近期不存在卷鐵芯變壓器取代疊鐵芯變壓器的趨勢(shì)，但薄型高導(dǎo)磁取向硅鋼片和非晶合金鋼片的大量生產(chǎn)，卷鐵芯制造設(shè)備的研究成功，卷鐵芯變壓器已被世界各國(guó)所重視，未來(lái)，卷鐵芯變壓器將會(huì)有更大的發(fā)展前途。目前，zui節(jié)能的新型配電變壓器是非晶合金鐵芯變壓器，簡(jiǎn)稱非晶變壓器，鐵芯采用非晶合金卷制而成。非晶變壓器的性能代號(hào)可達(dá)到16，相對(duì)于9系列，可降低空載損耗80%。金屬熔化后在高溫下分子不按晶格排列，緩慢冷卻時(shí)，形成結(jié)晶態(tài)，當(dāng)急速冷卻時(shí)來(lái)不及按晶格排列而成非晶態(tài)，制造非晶合金時(shí)，其冷卻速度為105～107K/s。非晶合金由鐵、鎳、鉻、鈷等金屬添加硼、碳、硅、磷等非金屬組成。非晶合金磁化功率小，磁滯損耗小，渦流損耗小，比用硅鋼片鐵芯的變壓器空載損耗下降70%~80%。目前750kVA及以下非晶配電變壓器已進(jìn)入了商業(yè)化生產(chǎn)，制造商已達(dá)30多家。
　　
　　非晶合金片厚度只有0.02～0.05mm，一般只適宜采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)，當(dāng)變壓器容量較大時(shí)，不適合采用卷鐵芯結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用三相疊鐵芯結(jié)構(gòu)，此時(shí)可預(yù)先將若干片非晶合金粘合起來(lái)。
　　
　　4、新型配電變壓器經(jīng)濟(jì)效益的分析
　　
　　配電變壓器的損耗及目前市場(chǎng)價(jià)情況如表1、表2所示。由于應(yīng)用場(chǎng)所的不同，干式變與油式變兩者無(wú)法比較，只能是不同型號(hào)的油式變或不同型號(hào)的干式變之間作比較。
　　
　　(1)幾種油浸式變壓器的比較(見(jiàn)表1)
　　
　　用S11替換S7，比較幾年之內(nèi)能收回成本(以較典型的400kVA容量為例)。如表1所示，S11比S7空載損耗減少0.35kW，負(fù)載損耗以平均負(fù)載率40%計(jì)，減少0.6kW，電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh，每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)為：(0.6+0.35)×24×365×0.78=6491元，收回成本年限為：50465/6491=7.7年，因此10kV配電室如果還要繼續(xù)使用7.7年以上，單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮，用S11替換S7也是劃算的，另外還有環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以S11-200替換S7-200以較，收回成本年限為8.7年;S11-800替換S7-800，收回成本年限為8.4年，其它容量就不例舉了。
　　
　　新建10kV配電室中，S11與S9的比較(以較典型的400kVA容量為例)。S11比S9空載損耗減少0.23kW，負(fù)載損耗一樣，電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh，每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)為：0.23×24×365×0.78=1572元。S11與S9的價(jià)差為4588元，收回成本年限為：4588/1572=2.9(年)，因此變壓器如要使用2.9年以上，單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮，使用S11型也是合算的，環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以S11-200與S9-200相比較，收回成本年限為2.9年;S11-800與S9-800比較，收回成本年限為2.7年，其它容量在此不一一例舉。
　　
　　新建10kV配電室中，SH16與S11的比較(以較典型的400kVA容量為例)。SH16比S11的空載損耗減少了0.41kW，負(fù)載損耗一樣，電價(jià)按普通工業(yè)電計(jì)為0.78元/kWh，每年因損耗減少節(jié)約電費(fèi)0.41×24×365×0.78=2801元，SH16與S11的價(jià)差為18351元，收回成本年限為18351/2801=6.6(年)，因此變壓器如要使用6.6年以上，單純從經(jīng)濟(jì)方面考慮，使用SH16也是合算的，環(huán)境保護(hù)的意義尚未計(jì)算在內(nèi)。再以SH16-200與S11-200進(jìn)行比較，收回成本的年限為6.9年;SH16-800與S11-800相比較，收回成本的年限為6.4年，其它容量不一一例舉。