煤矿变压器节能（精选7篇）
煤矿变压器节能 篇1
在煤矿供电系统中, 变压器属于耗能最大的设备, 且大多数人都认为煤矿用变压器“大马拉小车”最好, 无需考虑节能问题。然而笔者认为, 变压器选择和使用得当, 不仅节省电能, 而且能确保煤矿安全生产。因此, 在分析变压器的结构、工作原理的基础上, 探讨变压器节能问题具有重要的现实意义。
1 变压器结构及工作原理
1.1 结构
变压器主要由铁芯、绕组、绝缘套管等组成。铁芯和绕组是变压器进行电磁感应的基本部件, 称为器身, 铁芯是变压器的磁路部分, 铁芯分为铁芯柱和铁轭两部分, 铁芯柱上套绕组, 铁轭将铁芯柱连接起来, 使之形成闭合磁路。绕组是变压器的电路部分, 一般用漆包绝缘的铝线或铜线绕成, 接到高压电网侧的绕组为高压绕组, 接到低压电网的绕组为低压绕组, 高低压绕组沿铁芯柱高度方向交叠地放置[1,2]。套管主要起绝缘作用。变压器结构的主要部分是两个或两个以上互相绝缘的绕组套在一个共同铁芯上, 它们之间有磁耦合, 但没有直接电联系。
1.2 工作原理
变压器利用电磁感应作用工作, 以磁场为媒介, 当一次侧接入交流电时, 在外施电压作用下, 一次绕组中有交流电流流过, 并在铁芯中产生交变磁通, 其频率和外施电压频率一样, 交变磁通同时交链一次二次绕组, 根据电磁感应定律, 便在一次二次绕组内感应出电势。一次侧有了电势, 向负载供电, 实现能量传递。感应电势有效值E=4.44f Nφm, 其中, φm为磁通幅值, f为磁通变化频率, N为线圈的匝数。一次侧和二次侧电势频率均等于磁通的交变频率, 即一次侧外施电压频率, 而一次二次侧感应电势之比等于一次二次绕组匝数之比, 通常一次侧感应电势的大小接近于一次侧外施电压, 二次侧感应电势则接近于二次侧端电压。因此, 变压器一次二次侧电压之比取决于一次二次绕组匝数之比, 只要改变一次二次绕组的匝数, 便可达到改变电压的目的。
2 变压器耗能分析
变压器耗能包括有功功率和无功功率损耗2部分。有功功率损耗分铁损和铜损:铁损又称空载损耗, 其值与铁心材质等有关, 与负荷大小无关, 是基本不变的;铜损与负荷电流平方成正比, 负荷电流为额定值时的铜损又称短路损失。无功损耗由2部分组成: (1) 由励磁电流即空载电流造成的损耗, 它与铁心有关而与负荷无关; (2) 无功损耗指一、二次绕组的漏磁电抗损耗, 其大小与负载电流平方成正比[3,4,5]。
变压器负载系数β=负载电流/二次额定电流=负载侧输出功率/额定容量×功率因数, 变压器有功功率损失率ΔP%= (P0+β2Pk) / (βSncosφ+P0+β2Pk) ×100%。其中, P0为变压器空载损耗。变压器有功功率损失率曲线如图1所示。
由图1可知, 随着负载系数β的增大, 损失率将达到最小值。对β取一阶导数, 并使之为0, 即d (ΔP%) /dβ=0, 则P0=β2Pk或说明当铜损等于铁损时, 变压器的损耗率达到最低, 所以, 当固定变压器运行时, 可以通过调负载来降低ΔP%。对于一般变压器的P0/Pk=1/4~1/3, 故最低损失率大体发生在负载系数β=0.5~0.6时。
由此类推无功功率, 当变压器负载漏磁功率等于空载励磁功率时, 其无功功率消耗率ΔQ%=ΔQ/P2×100%= (Q0+β2Qk) / (βSncosφ) ×100%, Q0为空载时无功功率;Qk为额定负载时无功功率;所以使d (ΔQ%) /dβ=0, 得变压器无功经济运行负载系数也可写成β2jqQk=Q0, 即当变压器负载漏磁功率等于空载励磁功率时, 其无功消耗率最小。
3 变压器经济运行措施
(1) 降低空载损耗和负载损耗主要途径有: (1) 采用优质硅钢片, 改进铁芯结构, 降低空载损耗; (2) 改进绝缘结构, 适当减少小电流密度, 降低负载损耗。
(2) 选变压器容量及台数时, 应根据计算负荷、负荷性质、生产班次等条件进行选择。
(3) 对负载率很低, 正常使用时低于30%, 而且损失率又很高, 且是“大马拉小车”的变压器, 应予以调整或更换。
(4) 对于重载负荷 (80%负载率) 以及通过计算不利于经济运行的变压器, 可放大一级容量来选择变压器, 以降低其负载率和损失率。
(5) 当选用2台向一、二类负荷供电的变压器时, 应同时使用, 以保证变压器的经济运行。
(6) 削峰填谷, 节电降损。对非连续运行所带高负荷时段的部分负荷调整到低谷负荷时段, 躲过系统负荷高峰。
4 高耗能变压器的改造与更换
4.1 常见高耗能变压器分析
按变压器技术参数水平进行分析, 可把20世纪60年代以来的各类变压器划分为4代: (1) 变压器称为热轧硅钢片变压器, 其型号为TM/SJ/SJ型, 简称“64”标准变压器; (2) 冷轧硅钢片变压器, 即按GB1300—1973系列生产的SJ3-SJ5或S3-S5型, 简称“73”标准变压器; (3) 变压器产品称为低损耗节能型变压器, 即S7、SL7和S9型, 简称“86”标准变压器; (4) 非晶合金铁芯变压器。非晶合金铁芯变压器是利用铁、硼、硅和碳4种元素合成的非金合金铁芯材料而作成的变压器, 铁磁损失极小。
对不同标准变压器空载损耗的比较可知:“64”标准变压器空载损耗最大, 其次为“73”标准, “86”标准最小 (图2) 。以100 k VA变压器为例, 三种标准变压器空载损耗比为1∶0.85∶0.44。
4.2 新型变压器特点
(1) 新S9低损耗变压器。SL7、S7、S9和新S9系列均为低损耗变压器, SL7系列变压器与原有老产品相比, 空载损耗降低约40%, 短路损耗低约15%;S9系列变压器是按照IEC标准开发的, 比SL7系列空载损耗平均降低8%, 短路损耗降低约24%;新S9系列变压器与老S9系列变压器相比, 主要材料成本均降低18%。
(2) S11系列低损耗变压器。S11系列变压器是新型节能低损耗变压器, 与S9系列低损耗变压器相比, 每台变压器年耗电量平均降低10.85%。该变压器采用波纹式油箱、全封闭结构, 结构合理, 外形美观, 运行可靠;硅钢片连续卷制, 铁芯无缝接, 大大减少了磁阻, 空载电流减少了60%~80%, 提高了功率因数, 降低了电网损耗, 改善了电网供电品质;连续卷绕, 充分利用了硅钢片的取向性, 空载损耗降低20%~35%;卷铁芯经退火工艺后, 其导磁性可恢复到机加工前的原有水平;卷铁芯结构成自然紧固状态, 无需夹件紧固, 避免了因铁芯夹紧所带来的铁芯性能恶化, 损耗增加。
(3) 调容变压器。采用外设调容开关的技术方案, 巧妙地解决了变压器容量闲置导致的“大马拉小车”问题, 结构简单, 体积小, 造价低, 操作装修方便, 性能优越可靠。特别是在变压器高容量基础上, 高压、低压各加一段绕组, 变压器外壳装设有调容开关, 变换开关的投掷位置, 即可改绕组的连接, 从而改变铁芯的磁通密度、变压器容量。
(4) SH系列非晶态合金变压器。非晶态钢为铁芯制成的变压器, 它的空载损耗只有传统铁芯变压器的1/10, 非晶态钢特别薄, 只有约0.05 mm厚, 所以只能加工成宽度为200 mm的薄片, 但这种晶态钢片在降低变压器铁心损耗方面, 有很大优势。
4.3 高耗能变压器改造
4.3.1 技术要求
高耗能变压器改造技术要求为: (1) 变压器空载损耗比改造前要降低45%~65%, 接近或达到SL7系列变压器同容量的空载损耗值; (2) 空载电流比改造前约降低70%; (3) 短路损耗达到SL7系列变压器同容量的短路损耗值; (4) 阻抗电压一般在4.0%~4.9%范围内。
4.3.2 改造方法
(1) 降容改造。目前对高耗能变压器采用增加线圈匝数, 减少铁芯磁通密度, 减少变压器的单位损耗来实现节能改造。
(2) 保容改造。对高耗能变压器进行保容改造既节约资金又能达到节能降耗的目的。常用4种方式: (1) 同时更换铁芯、绕组, 减少铁损、铜损; (2) 铝线换铜线, 增加绕组匝数, 降低匝电势, 降低磁通密度, 对改造SL1和SJL变压器最适宜; (3) 更换铁芯, 将热轧硅钢片改为冷轧硅钢片, 对改造SJ1系列变压器较适宜; (4) 更换心体改制, 按低损耗变压器标准技术要求重新设计铁芯及绕组。
4.4 高能耗变压器更换
变压器老化到一定程度, 就需要更新, 甚至当变压器需大修时更应考虑更新, 做到技术经济合理。当回收年限小于5 a时, 变压器应立即更新为宜, 当回收年限为5~10 a时, 应酌情考虑, 并在大修时更换为宜。
5 结语
变压器在煤矿使用非常广泛, 了解变压器的损耗情况, 合理选择和使用变压器, 确保变压器节能运行, 有利于煤矿安全生产。
摘要：通过对变压器结构、工作原理和损耗的分析, 提出了降低变压器损耗途径以及促使变压器经济运行的措施;对不同变压器产品的能耗进行比较分析, 提出了高耗能变压器更换技术要求及改造方法, 从而实现变压器节能的目的。
关键词：变压器,损耗,经济运行
参考文献
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节能型变压器节能运行方式的探讨 篇2
我国在1980年推出S7系列节能型变压器,用于替代高耗能的SJ、SJL、SL、SL1系列变压器,1997年开始全面推广S9系列产品,用于取代S7系列老产品,取得了显著的节能效果。目前我国推广的节能型变压器是SH11和S11系列产品,用于取代S9系列型变压器。
本文用列表分析的方法,对SH11、S11、S9三种系列产品的损耗参数、节能运行方式下的效率和负荷率及这三种节能变压器的损耗和效率随负荷率变化的趋势进行了比较分析,得到节能型变压器经济运行区的范围,对节能型变压器的实际经济运行有一定借鉴参考价值。
1 本文使用的公式
1.1 节能型变压器的总损耗
式中:β为负荷率,△P0为变压器空载试验损耗,△PK为变压器短路试验损耗。
1.2 变压器的效率
1.3 变压器的最大效率
1.4 变压器的最佳负荷率
2 SH11、S11、S9三种节能型变压器耗能参数的比较
如表1所示,为三种系列产品容量从30 k VA到1 600 k VA的空载试验损耗和短路试验损耗,由表1可知:
(1)这三种变压器,不论哪一种型号,其△P0和△PK均随SN的增大而增大。
(2)同一容量下,三种产品的△PK相同,但△P0相差很大。例如SN=400 k VA时,它们的△PK均为4.3 k W,而SH11的△P0仅为S9的25%,为S11的35%。
3 节能型变压器最节能运行方式
按公式(3)和(4),参照表1,可计算出SH11、S11、S9三种产品在最节能运行方式下的效率和负荷系数,如表2所示。
由表2可知:
(1)SH11系列变压器是目前最优秀的节能型变压器,除30 k VA变压器外,其它容量变压器(SN>30 k VA)的最大效率均达99%以上。S11型变压器是比较优秀的变压器,当SN>100 k VA时,其最大效率也达99%以上。S9系列变压器是这三种变压器中最差的一种,只有SN>400 k VA时,其最大效率才达99%以上。
(2)同一容量下(例如SN=400 k VA),SH11变压器的最大效率最大,S9变压器的最大效率最小。(即99.4%>99.14%>98.98%)。
(3)同一容量下,SH11系列变压器的最佳负荷率最小为21%,S9系列变压器的最佳负荷率最高为43%。
4 节能型变压器节能运行方式
以SN=400 k VA的变压器为例,按式(2)和式(1)计算出变压器不同负荷率时的效率和损耗(取cosϕ=0.9),计算结果如表3所示。
由表3可以看出:
(1)这三种变压器的损耗均随负荷率的增大而增大,而且差值巨大,以SH11系型为例,β=10%时,ΔP=0.2 k W,β=110%时,ΔP=5.403 k W,后者是前者的22倍。
(2)这三种型号的变压器中,SH11型变压器的损耗最小,效率最高。如果规定变压器的经济运行区为其效率达99%以上,则SH11型变压器的经济运行区最宽,为β=6%~70%,S11型变压器的经济运行区则次之,为β=30%~60%,S9型变压器按η≥99%要求的经济运行区为零。从这点来看,SH11型变压器最优秀,应成为新建配电所配变的首选型号。建议新建的配电所不要再选S9型变压器。对于正在运行的S9型变压器,退而求其次,可规定其经济运行区η≥98.9%,则其经济运行区为β=30%~60%。
(3)关于“大马拉小车”和“小马拉大车”的判据
规定了经济运行区后,以此区间两端的数据作为“大马拉小车”的判据即可。例如SH11型变压器,当β<6%时属大马拉小车,当β>70%时属小马拉大车。从表3还可以看出一个有趣的现象,就是对于节能型变压器SH11和S11来讲,它们实际运行中使损耗增大的主要区域是“小马拉大车”区域,也就是说,变压器满负荷运行或过负荷运行时,其效率均达不到99%。这一点值得我们注意,在新变压器选容时不应按满载或过载来选择,应留有容量裕度,这样才能真正保证变压器在经济运行区内运行。
5 结束语
综上所述,可以得出以下结论:
(1)SH11、S11、S9三种系列的节能变压器中,SH11系列变压器是目前最优秀的变压器,其损耗最小,运行效率最高。
(2)若规定η≥99%为节能型变压器的经济运行区,则SH11型变压器的经济运行区最宽,为β=6%~70%。
(3)经济运行区两端的数据,可以作为“大马拉小车”和“小马拉大车”的判据,对实际运行的节能型变压器,使它们损耗增大的区域主要是满负荷和过负荷运行区。
(4)建议新建的配变应首选SH11型变压器,其次为S11型,不要再选S9型变压器。
参考文献
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节能型变压器节能运行方式的探究 篇3
在现代社会经济不断发展的大背景下, 人们对电力的需求越来越多, 对电力传输的质量也是越来越高, 由此加强了对于电压器性能的要求。近年来, 电力事业呈现日益上升的趋势, 迎来了发展的高峰期, 但是从根本上来说还存在着一些弊端, 存在巨大的能量消耗。因此为了提高配电系统的效率, 降低变压器的损耗, 我国对变压器进行了节能研究, 下面本文将主要对几种常用的变压器进行分析, 从而研究节能型变压器的运行方式。
2 几种常用的变压器及运行方式分析
现如今, 人们对于节能的重视越来越大, 尤其是在电能方面。以前, 我国主要使用S9系列变压器, 但是随着节能要求的加剧, 人们逐渐使用S11和SHll两种变压器, 下面我们将就这三种常用变压器进行分析。
2.1 S9 系列的节能变压器
我国最早使用的变压器是S7系列, 这种变压器的空载损耗和负载损耗都很高。一般来说, 变压器的负载损耗和空载损耗构成了变压器的有功功率损耗, 一定情况下, 负载损耗随着变压器的负载变化而增减, 而空载损耗则是一个恒定不变的常数, 不会随着变压器负载的变化而变化。因此在此基础上, S9系列变压器通过改变其内部结构, 用损耗较低的硅钢片代替铁芯, 从而具有良好的节能效果。与传统的S7系列相比, S9系列变压器空载损耗降低了百分之十以上, 其负载损耗也相对降低了百分之二十以上。鉴于此, 在二十世纪九十年代后期, S9系列变压器逐渐在全国使用, 并最终取代了S7系列变压器。
2.2 S11 系列的节能变压器
S11系列变压器在我国的使用较晚, 早在二十世纪六十年代, 西方发达国家就已经推广使用了S11系列变压器, 随后我国才开始逐步推广。相对于S9系列变压器来说, S11系列变压器在结构上改变了许多, 主要使用硅钢片带材通过连续的卷绕从而形成没有接缝的铁芯, 正是由于铁芯没有接缝这种特性, 使得其具有良好的导磁性, 也降低了变压器的运行噪声、空载损耗和空载电流等缺点, 成为使用比较广泛的一种节能型变压器。就目前的使用效果来说, S11系列节能型变压器比S9系列的节能型变压器空载损耗降低了百分之十到百分之二十五, 并且在降低变压器的容量之后, 空载电流也会随之降低, 一般仅为叠片铁芯的二分之一左右, 所以这种变压器的噪声比较小, 这就减少了所产生的噪音污染, 具有良好的节能效果。
2.3 SHll 系列的节能变压器
SHll系列的节能变压器研发于二十世纪八十年代, 一经研发便在西方国家得到了广泛的应用。这个系列的变压器的铁芯材料主要采用能量损耗比较低的无向非晶体钢板, 这种材料的损耗量仅为硅钢片的三分之一到四分之一, 因此具有很好的节能效果。与此同时, 随着这种材料的价格不断降低, 也逐渐被人们所使用。但除此之外, 相对于硅钢板来说, 无向非晶体钢板的厚度比较薄, 同时还很窄, 这就导致其在使用过程中也存在着一些局限性。不过瑕不掩瑜, SH11系列节能变压器具有非常好的节能效果, 在我国得到了广泛应用。、
3 节能型变压器运行方式的研究
通过上述三种变压器的分析, 我们可以看到, 相比较S9系列变压器来说, S11和SH11系列的节能变压器的节能效果更好, 大大提高了产品的节能水平, 与此同时, 在这两种变压器之间, SH11系列变压器的节能优点更为突出, 但是在使用过程中却具有一定的局限性。因此, 在节能型变压器使用过程中, 需要对其运行方式进行一些调整。
3.1 调整三相负荷的平衡度
一般在负载相同的情况下, 如果三相处于相对极端而不是平衡状态时, 那么损耗就会是平衡状态下的三倍之多, 所以就要对三相进行适当的调整, 从而使其能够在运行时能够处于一种平衡状态。通过以前的使用经验或是规程我们可以得出, 处于配电变压器出口的电流的不平衡度一般在百分之十以内, 处于分支首端和主干线的电流在百分之二十以内, 而中性线流量则在额定电流的四分之一以内。一旦配电系统的电流呈现不稳定状态就会增大线路的损耗, 从而增加一些金属零件的温度, 引起变压器的故障。因此为了保障电网的安全以及节约性, 需要适当的对电网结构进行改造, 通过分担负荷、对其平衡度进行定期的检测, 从而保证三相处于平衡运行状态。
3.2 变压器容量的合理选择
从本质上来说, 变压器是一种静止的设备, 在没有机械损耗的情况下, 其运行功率能够达到百分之九十六以上。所以当用电量能够处于最佳运行区时, 变压器的实际负载便能够在合适的区域内将损耗降到最低。按照实际情况, 变压器的负载分为三个区域和一个点:最佳区、经济区和最劣运行区, 一点就位于最佳区域内。这三个区域的效率是逐渐降低的, 最佳区的效率是最高的, 也是最好的, 经济区可以使用, 最劣运行区的效率则是最低的, 而一个点则是损耗率最低的那个点, 则一般位于最佳区域内。
3.3 适当的进行无功补偿
通常情况下, 变压器的损耗会随着功率的变化而改变, 当功率从提高时, 变压器的损耗就会降低, 因此需要将功率稳定在一个合理的范围内, 才能够达到节能的效果。但是当变压器的功率不能达到这个稳定的较高功率时, 就需要对其进行科学的适当无功补偿, 也就是说通过维护系统的电压使各项指标都处于一个稳定的数值, 从而降低功能消耗, 不断提高设备的使用效率, 也相对的提高了设备的使用寿命。在这个过程中, 无功功率和电线一同使用, 为了减少线路的损耗, 需要根据变压器的实际运行情况随时进行补偿, 从而降低变压器的损耗, 提高其使用功率。
结束语
综上所述, 在科学技术不断发展的前提下, 节能型电压器的节能效果也得到了很大的改善, 由最初的S7系列变压器逐渐朝着空载和负载损耗更低、节能效果更好的节能变压器前进, 在这个过程中出现了S9系列、S11系列、SHll系列节能型变压器。与此同时为了更好的实现节能效果, 需要在这个基础上对变压器的运行方式进行一些调整, 比如说对三相负荷的平衡度进行调整、选择合理的变压器容量、进行适当的无功补偿, 从而最终实现节能效果。
参考文献
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节能变压器问与答 篇4
答:“64”标准其型号为:SJ、SJ1、SJ2、SJ3、SJ4、SJ5、SJL、SJL1系列。“73”标准其型号为:S、S1、S2、S5、SL、SL1、SL3系列。“85~86”标准其型号为:SL7、S7、SL8、S8系列。“95”标准其型号为:S9、新S9系列 (2010年7月1日开始淘汰) 。
问:何谓节能变压器?
答:是指三相高压为10k V、低压为400V, 额定容量30 k VA~16 00 k VA油浸式和额定容量3 0k V A~2 5 0 0 k V A干式配电变压器。其空载损耗和负载损耗应符合国家标准GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》中节能评价值的规定。
问:节能配电变压器有哪些系列产品?
答:对油浸式变压器和非晶合金变压器而言, 符合S11系列损耗水平及以上产品, 作为推荐的节能系列产品。
对干式变压器和非晶合金变压器而言, 符合S C 1 0系列损耗水平及以上产品, 作为推荐的节能系列产品。
问:配电变压器有哪些种类?
答:变压器按冷却方式可分为:油浸式变压器和干式变压器。变压器按铁心结构的不同可分为:叠铁心、卷铁心、非晶合金铁心变压器。
变压器按绕组材料不同可分为:线绕式变压器和箔绕式变压器。
问:油浸式和干式配电变压器有哪些型号?
答:油浸式:S9、新S9、S11、SH11、S11—M·R、S B H 1 1、S 1 3、S H 1 5—M、S B H 1 5—M等系列。
干式:SC10、SCB10、SCBH10、SCBH15等系列。
问:变压器型号标注的符号表示什么意思?
答:S——三相;
M——全密封 (油浸式变压器) ;
R——卷铁心;
H——非晶合金铁心;
B——箔式低压绕组;
C——固体成型 (环氧浇注) ;
9、10、11、13、15——性能水平代号 (损耗水平代号) 。
举例:
例1:S11—800/10表示, 三相油浸式、损耗水平代号11系列、80 0k VA/10k V变压器。
例2:S1 1—M·R—1 00 0/10表示, 三相油浸式、损耗水平代号1 1系列、全密封、卷铁心、1 0 0 0 k V A/1 0 k V变压器。
例3:SBH15—M—1250/10表示, 三相油浸式、箔式低压绕组、非晶合金铁心、损耗水平代号1 5系列、全密封、1 2 5 0 k V A/1 0 k V变压器。
例4:SCB10—1600/10表示, 三相固定成型环氧浇注、箔式低压绕组、损耗水平代号10系列、1 6 0 0 k V A/1 0 V变压器。
例5:SCBH15—2500/10表示, 三相固定成型环氧浇注、箔式低压绕组、非晶合金铁心、损耗水平代号15系列、2500k VA/10V变压器。
问:节能变压器的价格如何?
答:目前节能变压器的产品种类、型号和系列较多, 不同的产品存在着一定的价格差异。如果以S 9 5 0 0 k V A/1 0 V变压器价格为基数1, 那么, S 1 1大约是它的1.1倍, 非晶合金变压器大约是它的1.3倍。
问:节能变压器与老旧变压器空载损耗和负载损耗的对比情况如何?
答:见表1。
变压器的节能降耗 篇5
近年来, 国内智能电网建设的飞速扩张, 电网规模不断发展, 电力变压器业向着高电压、大容量方向发展。对配电网来说, 电力变压器的损耗占据了系统损耗的50%左右, 容量约占整个配电网容量的10%以上, 每年产生的电能浪费十分巨大, 要实现智能电网下电能的绿色、环保、集约应用, 提高配电电网电能供应的经济可靠性, 对于提高节约能源, 缓解电力供应短缺具有重要意义。
1 变压器损耗及其产生原因分析
1.1 变压器的损耗构成
变压器的节能降耗, 就首先要分析国内电力变压器高度损耗的原因。变压器主要由导线和铁芯两部分组成, 同样, 其损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。
1.1.1 有功功率损耗
变压器有功功率损耗△PT的计算公式如下:
有功功率损耗分为铜损和铁损两部分。△P0为变压器的空载损耗, 近似等于铁损, 铁损只与变压器空载时的外加电压和频率有关, 与负荷无关。△PK是系统的短路损耗, 近似等于铜损, 铜损与负载电阻和短路电流有关系。S30为变压器的计算负荷, SN为变压器的额定容量。
1.1.2 无功功率损耗
变压器无功功率损耗△QT的计算公式如下:
其中, I0%是指变压器的空载电流占额定电流的百分比, UK%是指变压器的短路电压占额定电压的百分比, S30和SN的含义与上文相同。变压器的无功损耗主要与绕组电抗、负载电流有关。
1.2 变压器损耗的产生原因分析
1.2.1 保持配电变压器运行三相负荷实时平衡
当配电变压器三相负荷处于不平衡状态时, 造成变压器三相压差过大, 产生负序电压, 导致供电系统电压波动, 影响电压质量和供配电系统的安全可靠性运行。变压器某项绕组中负荷电流过大, 导致该绕组铜损增大, 增加变压器损耗。负荷三相不平衡还会造成变压器内部磁路发生不平衡, 形成大量的漏磁通, 流经铜皮, 变压器铁心夹件等部件, 就会发生发热现象, 增大变压器内部杂散损耗。
1.2.2 未达到经济运行
变压器运行有其最优负荷率, 只有在该条件下运行, 才能保证变压器的最低损耗。配电网中无功容量的减少, 势必会导致整个系统功率因数COS∮值较低, 从而增加了配电变压器的系统损耗, 增大了电能损失。采用SVC, SVG等无功补偿装置, 可以实现配电网区域无功的动态平衡, 使配电网负载电流降低, 减少变压器的有功损耗和无功损耗, 达到节能降耗的目的。目前很多电网的变压器未能进行合理的经济调度, 使得很多地区的变压器一直不处于最优的运行工况下。
2 变压器的节能降耗措施分析
随着我国建设智能电网的规模不断增大, 国家将投入更多资金用于电网改造和升级, 日益庞大的电网对节能技术提出了更高的要求。变压器是电网中的能耗大户, 在此背景下, 如果能够较好的进行变压器的节能降耗, 将给电网每年节约大量的电能。
2.1 加快变压器的更新换代
针对上文分析, 降低变压器能耗的首要问题, 在于淘汰系统中的大量高能耗老旧变压器, 尤其是电压较低的配电网, 还存在大量在带病低效工况下运行的变压器, 应加大投资, 及时更换为低能高效的新型变压器, 如:非晶合金铁芯变压器、采用卷铁芯结构系列变压器等, 新型环保低耗变压器的使用, 将为电网带来可观的节能效益。其中, 采用卷铁芯结构的变压器能够降低约10%-25%的空载损耗, 在我国目前的电网改造工程中得到了较为普遍的应用。
2.2实现变压器经济运行
围绕变压器运行的最优负载率, 结合电网的负荷变化规律, 及时调整电网的负载, 使之尽量运行在经济运行区间, 以85%-95%左右最佳。此外, 优化多台变压器并联运行时的运行模式, 如下图1所示为2台变压器并联运行时, 变压器的有功损耗与负荷关系图:
根据图1可见, 两台变压器并联运行时, 其有功功率曲线△P1和△P12的交点SJ, 即为并联运行的经济负荷, 是两台变压器并联运行时, 电网的最佳负荷。当电网负载等于SJ, 电压器经济运行的效果最佳。
2.3优化电网运行方式
电网的布局是否合理以及供电半径选择是否合理等因素, 也与变压器运行有重要关系。要实现变压器的节能降耗, 首先, 应该充分考虑地区电网特征和规划设计, 在进行电网的布局和规划之初, 就实现负荷中心的优化配置, 并尽量使变压器靠近负荷中心, 并增加环网提高供电可靠性。此外, 在实际运行中, 尽量使电源向周围辐射进而降低供电半径, 通过增加导线截面积等方法, 来起到分流降耗的作用, 同时保持负荷运行时三相平衡, 避免因无功功率加大引起的变压器损耗, 影响变压器经济运行。
2.4 积极采用新技术
此外, 随着电网技术的发展, 各类新型的节能降耗技术也可以应用于变压器节能降耗领域。如谐波降耗也是近年来农网中应用较广的一种方式, 通过在变压器上装设有源滤波器, 通过对负载的谐波补偿来滤去变压器上的谐波, 降低因为各类高次谐波而产生的谐波损耗。根据统计, 有源滤波器的使用能够降低每台变压器约10%左右的损耗, 具有良好的节能效果。
3 结束语
作为电力系统中变换和传输电能的重要设备, 变压器的节能降耗是电网运行的重要之重。在智能电网大规模发展的背景下, 积极研究变压器的节能降耗措施, 从变压器的设计、选型、更新、运行、监视等方面, 充分考虑电网特性, 实现科学性、实用性、经济性、环保性等的和谐统一, 才是智能电网下变压器节能降耗的最优发展道路。
摘要：变压器是电力系统中最重要的, 不同电压等级电能转化的主要设备, 节能降耗的实施, 与电网运行的经济性紧密相关。文章介绍了变压器损耗的构成, 分析了变压器损耗产生的原因, 并在此基础上, 分析了变压器的运行现状, 认识到变压器的巨大节能潜力, 变压器电能转换效率的节能降耗措施, 保证配电变压器安全稳定, 节能经济的高效运行, 优化电网规划、运用新技术等方面, 归纳了变压器节能降耗的措施。
关键词：电网,变压器,节能,降耗
参考文献
[1]许志荣, 梁泽勇, 陈德智.浅谈配电变压器节能降耗技术措施[J].机电信息, 2011, 21 (12) :130-132.
[2]李志斌.变压器节能方法归类分析[J].应用能源技术, 2013, 5 (185) :28-30.
节能变压器结构特点分析 篇6
关键词：变压器,节能变压器,结构特点
节能型变压器是性能参数空载、负载损耗均比GB/T6451平均下降10%以上的三相油浸式电力变压器 (10k V及35k V电压等级) ;产品性能参数空载、负载损耗比Gwr10228 (组I) 平均降低1O%以上的干式变压器。节能型变压器的推广对于解决我国电力供应紧张, 建立节约型社会有着重要意义。
1. 我国节能变压器发展现状分析
我国变压器的发展经历了几个阶段, 国家在节能方面的重视从未发生过改变。上世纪80年代中期, 我国政府强制性地采用S7系列低损耗配电变压器在全国范围内淘汰正在电网运行的JB1300-73和JB500-64标准的高能耗变压器。从1998年开始, 我国政府又不惜代价地在全国推行两网改造, 用S9系列配电变压器取代S7系列。与S9一样, 作为第七代节能产品的还有非晶合金变压器、卷铁心变压器、全密封变压器等。
但这先后两次全国大规模的更新换代, 新产品仅比老产品降低空载损耗约8~15%。目前市场上已出现了比S9系列更节能的产品, 如S10、S11系列等。节能在变压器领域仍在继续。由于节能经济的提出以及国家产业政策向节能产业的倾斜, 节能型变压器市场变得乐观起来。
2. 节能变压器的节能关键技术分析
变压器的主要损耗分为空载时的损耗和负载时的损耗。我国目前在降低空载损耗的技术方面主要是通过调整铁心结构及制造工艺来达到节能的效果。
叠片式变压器铁心采用全斜无孔不叠上铁轭工艺。卷铁心结构则采用心柱为圆截面或接近圆截面结构。硅钢片用计算机控制下料尺寸, “完全能够做成圆截面”, 并且用防渗碳技术对成型铁心进行退火处理工艺, 以消除应力;“非晶合金材质的铁心做成圆截面可能比较困难”, 可以采用长方形截面、上轭可打开的结构。
虽然变压器节能主要是希望能够节约变压器空载时的损耗, 但是仍可以通过漏磁走向的控制降低变压器负载时的损耗。
可采用新型绕组结构、新型导线。根据不同电压等级的绝缘水平采用新型绕组结构, 并选用组合导线, 如自粘型换位导线、带油道型换位导线。自粘型换位导线是在漆包导线外涂上胶, 高温加热后使几条导线粘在一起, 从机械的角度上来看, 几根导线像一根一样, 耐受机械强度大大提高。从材质上看, 导线选用无氧铜。
除了采用新型绕组结构、新型导线以外, 还可以根据漏磁分布选单根导线尺寸, 从而使得横向、纵向涡流损耗降为最低。单纯增加导线截面的方法并不理想。导线截面增加了, 电阻是减少了, 但是其涡流损耗同时也将增加。所以根据漏磁的大小来选择导线的尺寸是最经济的原则。根据横向漏磁调整单螺旋绕组的换位区、连续式绕组的端部线段采用并联结构、合理布置单独调压绕组位置等工艺的实施都可以得到紧凑可靠的结构, 并能够降低损耗。
此外, 通过在绕组上下端和箱壁上加装磁屏蔽结构, 防止无效换位等手段可降低变压器负载时的杂散损耗。而对于ONAF/ONAN两种冷却方式的变压器, 如果都能够按ONAF方式运行, 从而使得油温下降, 也可以使变压器在低负载率时降低损耗。
3. S11型节能型变压器结构特点
3.1 S11型节能型变压器结构分析
S11系列配电变压器铁心为圆形三级接缝叠片结构, 对产品绝缘结构进行了一些局部改进, 扩大了高压圆筒式绕组的应用范围, 改变了高压和低压绕组端面的有效支撑, 采用了新的吊板和引线的夹持方式等。
S11系列低损耗配电变压器按铁心材料和结构的不同, 分为叠积式铁心结构、非晶合金铁心结构、R型卷铁心结构三种S11系列配电变压器。
其中以R型卷铁心结构的包括以下主要结构:
(1) 铁心:三相R型铁心变压器的铁心结构是由两个长方形其截面为内凸的铁心和包围在其外的截面为外凸的铁心组成的三相带外框双框卷铁心。
(2) 绕组:R型铁心变压器的高低压绕组是在铁心柱上直接绕制的, 因此, 一般采用层式或螺旋式线圈, 层间绝缘全部采用网格点胶纸, 绕组同心度好, 径向机械强度高。
(3) 器身:采用新的器身绕组端面有效支撑结构, 夹件上的吊板和箱盖下的吊板各开可移动的槽孔, 解决器身悬空顶箱盖问题。
(4) 油箱:油箱有管状散热器油箱、片式散热器油箱、波纹油箱等几种。
3.2 S11型节能型变压器性能分析
S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构, 具有以下性能特点:
(1) 硅钢片连续卷制, 铁心无接缝, 大大减少了磁阻, 空载电流减少了60%~80%, 提高了功率因数, 降低了电网线损, 改善了电网的供电品质。
(2) 连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性, 空载损耗降低20%~35%。
(3) 卷铁心经退火工艺后, 其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。
(4) 卷铁心结构成自然紧固状态, 无需夹件紧固, 避免了因铁心夹紧所带来的铁心性能恶化, 损耗增加。
(5) 卷铁心自身是一个无接缝的整体, 且结构紧凑, 在运行时的噪音水平降低到30~45d B, 保护了环境。, 很适合于建筑物内和生活区安装使用。
(6) 卷铁心节约加工材料, 硅钢片无横剪工序, 边角废料少, 材料利用率比S9型叠铁心变压器高。
参考文献
[1]策划组织:《机电商报》“一周电气”周刊编辑部.节能型变压器现状调查[N].机电商报, 2005, (2005-11-14)
低损耗变压器的节能比较 篇7
我国是一个能源短缺的国家, 节电不仅是当前的一项重要技术措施, 也是一种能源的开发, 对于国民经济的发展具有深远的影响。对于一些生产耗电高、用电量大的企业, 抓好各生产工序的节电, 是节约能源的重要环节。通过改革高耗电工艺, 逐步淘汰低效率设备, 推广节电技术, 提高电能利用率, 以提高企业经济效益。从环保方面讲, 节电可以降低发电厂二氧化碳和二氧化硫的排放, 对环境保护推动意义重大。所以, 提高人们的节能意识和责任意识、宣传推广节能措施具有重要的价值。
2更换变压器的节能计算[1]
某企业为了减少电能的损失, 准备将一台使用年限到期的S7旧变压器更换为一台S11新变压器或者大修S7变压器, 相关变压器的参数见表1。
更换前后变压器的负载率为65%, 二次侧功率因数为0.9, 无功经济当量为0.15, 其他均不变, 计算变压器更换后的损耗变化。
2.1变压器空载时无功功率损耗
2.2变压器额定负载时无功功率损耗
2.3变压器总无功功率损耗
2.4变压器总有功功率损耗
2.5变压器空载综合功率损耗
2.6变压器额定负载时综合功率损耗
2.7变压器综合功率损耗
2.8变压器电源侧输入功率
2.9变压器效率
2.10更换变压器后每年节约电费
按每年变压器在负载率为65%时, 运行时间8000小时, 电价为0.6元/kwh, 计算更换变压器后的节约电费:
详细能耗参数见表2。
2.11确定选用变压器的经济性
变压器S7-1000KVA的价格为62000元, 变压器S11-1000KVA的价格为62000元。S7变压器大修的费用为25000元。
S11型号变压器的回收年限为5.43年, 因此建议厂家更换S11型号变压器, 不要考虑大修。
3结论
人们通常总以为老旧变压器只要不报废就可以一直用下去, 认为新变压器需要重新投资, 没有考虑到变压器本身的损耗及大修费用。由上面举例可以看出, 更换低能耗变压器的节能潜力巨大, 回收年限很短, 可以很快收回成本, 并且节约效果明显, 对当前提出的建立节约型社会、建立节约型企业有重要的意义。
参考文献