王麗娜

(天津泰達(dá)電力公司 天津300456)

供電企業(yè)節(jié)能型變壓器經(jīng)濟(jì)效益分析

王麗娜

(天津泰達(dá)電力公司 天津300456)

采用綜合能效費用法(TOC法)，通過工程實例對更換節(jié)能型變壓器的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了具體分析。該方法對選擇變壓器型號及比較節(jié)能經(jīng)濟(jì)效果具有實際意義。

節(jié)能技術(shù) 變壓器 節(jié)能效果 綜合能效費用法

0 引 言

變壓器是電力系統(tǒng)的主要設(shè)備，在電能輸送、分配及使用過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。變壓器損耗在電網(wǎng)總線變損中約占 30%～40%，我國所有變壓器損耗占全國發(fā)電量的 2%以上。選用節(jié)能型變壓器是供電企業(yè)降低電網(wǎng)線變損的關(guān)鍵措施之一。供電企業(yè)在新建、擴(kuò)建工程以及大修技改項目中都會遇到購置變壓器的情況。由于電力變壓器一次性投資較高，且更新周期較長，所以對擬選用的變壓器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析和比較尤為重要。本文以我公司南 35,kV站更換電力變壓器項目為例，采用綜合能效費用法(TOC法)對該項目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析。

1 變壓器的損耗分析

我公司南35,kV站原有兩臺主變，型號為SFZ7-16000/35，為天津市變壓器總廠生產(chǎn)。該型號變壓器的空載損耗為17.0,kW，負(fù)載損耗為76.42,kW。SFZ7型變壓器空載損耗大，已經(jīng)被列入國家淘汰設(shè)備目錄(見表 1)。因此，將其更換為 SZ11型節(jié)能變壓器，同時容量增加至 20,000,kVA。新型節(jié)能變壓器型號為SZ11-20,000/35，空載損耗為 15.57,kW，負(fù)載損耗為82.78,kW。

表1 南35,kV站新舊變壓器詳表Tab.1 Overview of both old and new transformer in Nan 35,kV Substation

2 變壓器經(jīng)濟(jì)效益評價方法及實例分析

變壓器的經(jīng)濟(jì)使用年限一般為 20年，在使用周期內(nèi)，變壓器的綜合能效費用 TOC(Total Owning Cost)是我們討論的目標(biāo)。

TOC是變壓器初始投資費用和在整個經(jīng)濟(jì)使用期內(nèi)各年度發(fā)生費用貼現(xiàn)到變壓器投運年份的現(xiàn)值之和。由于不同型號的變壓器在運輸、安裝等方面的費用基本相同，并且在運行中的運行維護(hù)費用也相差不多，所以初始投資 CI即為變壓器的設(shè)備購置費用，變壓器投運后各年份的發(fā)生費用現(xiàn)值 EFC即為變壓器的空載損耗與負(fù)載損耗消耗的電能成本。即TOC＝CI＋EFC。

2.1 變壓器年空載損耗量的計算

變壓器年空載損耗量：

式中：0P為變壓器的額定空載損耗；T為變壓器年運行小時數(shù)，通常取8,760,h。

2.1.1 變壓器年負(fù)載損耗量的計算

變壓器負(fù)載損耗 Pk與變壓器所帶負(fù)載大小有關(guān)。變壓器所帶負(fù)載為實時變化的瞬時值，且不同變壓器的年負(fù)載曲線各不相同。即便如此，所有變壓器年持續(xù)負(fù)載曲線 β= f(t)均可等效為如下形狀(見圖1)，設(shè)定變壓器年運行小時數(shù)為8,760,h。

圖1 變壓器年持續(xù)負(fù)載曲線Fig.1 Annual continuous load curve

由于不同時間變壓器所帶各類負(fù)荷比例及無功補(bǔ)償度不同，很難獲得變壓器功率因數(shù) cosφ隨時間變化的值，所以將 cosφ近似于年平均值，則 f(t)β=和P=f(t)的曲線被認(rèn)為相同。

由于變壓器在經(jīng)濟(jì)使用年限內(nèi)每年的輸送總電量均會發(fā)生變化，每年的最大負(fù)荷也常常呈現(xiàn)增長趨勢，所以每年的負(fù)載損耗也有所不同?？梢酝ㄟ^變壓器年最大負(fù)荷時的負(fù)載損耗來計算變壓器負(fù)載損耗量Wk。

變壓器年負(fù)載損耗量：

式中：τ為年最大負(fù)載損耗小時數(shù)，PL為變壓器經(jīng)濟(jì)使用期間的最大負(fù)載等效系數(shù)，Kt為變壓器的溫度校正系數(shù)，kP為變壓器負(fù)載損耗。

2.1.2 τ的計算

變壓器的年最大負(fù)載損耗小時數(shù)τ是變壓器全年的負(fù)載損耗電量與其在年高峰負(fù)載時發(fā)生的負(fù)載損耗之比。

由于將P=f(t)曲線近似為 β= f(t)曲線，所以有：

圖2 以三段式近似表達(dá)變壓器年持續(xù)負(fù)載曲線Fig.2 Approximate expression of annual continuous load by a three-line curve

圖3 以二段式近似表達(dá)變壓器年持續(xù)負(fù)載曲線Fig.3 Approximate expression of annual continuous load by a two-line curve

2.1.3 PL的計算

假設(shè)在變壓器經(jīng)濟(jì)使用期間，變壓器不因負(fù)載增長過快而更換，則：

式中：0β為變壓器的初始年高峰負(fù)載率；n為變壓器的經(jīng)濟(jì)使用年限，一般取20年；g為變壓器高峰負(fù)載年均增長率。

2.1.4 Kt的取值

Kt為變壓器的溫度校正系數(shù)。根據(jù)變壓器的國家標(biāo)準(zhǔn)，變壓器銘牌所示的額定負(fù)載損耗和短路阻抗均為按照其絕緣耐熱等級校正到相應(yīng)的參數(shù)溫度下的值。因此，溫度校正系數(shù)可取1.0。

2.2 南35,kV站節(jié)能變壓器經(jīng)濟(jì)效果計算分析

2.2.1 變壓器年空載損耗量計算

根據(jù)表 1中的數(shù)據(jù)，SFZ7型變壓器的年空載損耗量W0=P0×T＝17.00,kW×8 760,h＝148 920.0,kWh。SZ11型變壓器的年空載損耗量

2.2.2 變壓器年負(fù)載損耗量計算

① 變壓器年最大負(fù)載損耗小時數(shù)τ值的計算。計算變壓器τ值，應(yīng)確定變壓器年持續(xù)負(fù)載曲線的等效近似曲線。首先，根據(jù)三段式近似曲線計算τ值。根據(jù)電網(wǎng)實測數(shù)據(jù)，南35,kV站全站全年平均有功功率為9,600,kW，最大功率Ph為13,900,kW，最小功率Pl為 5,400,kW。cosφ為 0.94。

對于SFZ7型變壓器，有：

若M＝1，或者M(jìn)＝L，則說明hβ＝mβ，或者lβ＝mβ，三段式近似曲線不成立，應(yīng)改用二段式近似曲線表達(dá)的實際曲線。本實例符合三段式近似曲線的情況。

根據(jù)三段式近似曲線：

同樣計算可得：mβ′=47.50%。M′＝0.68，L′＝0.39，符合三段式近似曲線的情況?？捎嬎愕贸靓印洌?,724.65,h。

2.3 變壓器經(jīng)濟(jì)使用期間的年最大負(fù)載等效系數(shù)PL的計算

對于 SFZ7型變壓器，假設(shè)該兩臺主變還能夠運行20年。南35,kV站負(fù)荷年均增長率g約為2%，變壓器經(jīng)濟(jì)運行年限 n取 20年，初始年變壓器高峰負(fù)載率為86.88%。

其中 j＝1，2，……，20

對于SZ11型變壓器，南35,kV站負(fù)荷年均增長率 g′約為 1.6%，變壓器經(jīng)濟(jì)運行年限 n取 20年，初始年變壓器高峰負(fù)載率為69.50%。

其中 j＝1，2，……，20

2.4 變壓器經(jīng)濟(jì)運行年限內(nèi)年負(fù)載損耗量Wk的計算

其中 j＝1，2，……，20

2.5 變壓器更換后經(jīng)濟(jì)效益計算

變壓器更換后的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益主要體現(xiàn)為更換后每年可節(jié)省的電能成本。

財務(wù)上反映投資收益一般采用現(xiàn)值法。參考銀行貸款利率，取貼現(xiàn)率 i為 7%。購電單價 C取0.65元/kwh。則SFZ7型變壓器損耗的電能成本貼現(xiàn)到投資年的值EFC可由下式計算，其中n取20年。

同樣計算可得SZ11型變壓器損耗的電能成本貼現(xiàn)到投資年的值EFC＝2,606,227.65元。

與 SFZ7型變壓器相比，同樣運行 20年，單臺SZ11型變壓器可節(jié)約電能成本現(xiàn)值約為990,014.22元。

對本例中兩臺變壓器，則可節(jié)約的電能成本現(xiàn)值約為198萬元。

本實例重點為討論節(jié)能變壓器更換后的經(jīng)濟(jì)效益，側(cè)重于計算 EFC。如果是不同型號節(jié)能變壓器的選擇問題，則還需考慮比較設(shè)備購置費用IC。

3 結(jié) 論

隨著 S7系列高耗能變壓器的逐步淘汰，更換新型節(jié)能變壓器成為大勢所趨。如何比較準(zhǔn)確地計算出更換節(jié)能變壓器后的經(jīng)濟(jì)效益是考核節(jié)能效果、對不同型號變壓器進(jìn)行選擇的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

本文根據(jù)變壓器綜合能效費用法，對南35,kV站更換節(jié)能變壓器項目的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了實例分析。該方法在考慮了變壓器年空載損耗、年負(fù)荷增長率、負(fù)載損耗隨變壓器負(fù)載率變化的規(guī)律以及電能損耗成本的貼現(xiàn)值等因素后，得出南35,kV站更換節(jié)能變壓器項目共可減少約198萬元的電能成本。

對于有不同型號變壓器可供選擇的情況，也可用此方法進(jìn)行比較。在本實例的基礎(chǔ)上，還需要增加設(shè)備購置費CI的比較。

［1］ 歐盟中國節(jié)能變壓器促進(jìn)項目培訓(xùn)資料. 配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價方法[J]. 電能效益，2013(8)：32-38.

［2］ 宋健民，宋永濤. 綜合能效費用法(TOC法)及其應(yīng)用[J]. 河南科學(xué)，2008(10)：118-121.

［3］ 川寧. 節(jié)能變壓器經(jīng)濟(jì)效益分析[J]. 能源與環(huán)境，2004(2)：24-25.

Analysis on Economic Benefit of Energy-saving Transformers in Power Supply Enterprises

WANG Lina
(TEDA Power Supply Company，Tianjin 300456，China)

The economic benefit of energy-saving transformers in a transformer replacing project was analyzed through Total Owning Cost(TOC)method. This method has been proved having practical significance on the selection of transformers in projects and the comparison of economic benefit of energy-saving transformers.

energy-saving technology；transformer；energy-saving effect；Total Owing Cost(TOC)

TM401+.1

A

1006-8945(2014)06-0094-04

2014-05-09