配电变压器节能的新举措.docx
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配电变压器节能的新举措
配电变压器节能的新举措
摘要：
本文在介绍我国能源供应现状的基础上，强调了节能的重要性和紧迫性，论述了配电变压器节能对降低电力传输、供应过程中的损耗的重要性，介绍了最新制定的二项大力推进配电变压器节能与提高能效的最新标准的主要内容，最后并强调了制造企业必须按照国家对节能产品的要求进行生产。
尹克宁
（西安交通大学，陕西西安，710049）
关键词：
节能，能效，配电变压器，技术经济分析，标准
0概述
近年来，国民经济的持续高速增长，尽管电力装机也增长很快，但由于整个社会对能源需求的巨大增加，使得电力供需的矛盾仍十分突出。
预计2005年全国仍有3000万kW左右的电力缺口，目前已有25个省市拉闸限电。
出现上述巨大电能缺口的原因，一方面与前几年电力装机滞后有关，但更重要的是与我国能源资源不足，结构不合理有着更加密切的关系。
我国能源资源的现状与结构情况并不乐观。
例如：
我国人口占世界人口的21%，但石油资源储存量仅占世界的3%，目前为世界第二大石油进口国；我国水能资源的蕴藏量近7亿kW，居世界第一，但其中可开发利用的仅4亿kW，且主要集中在西南地区及黄河上游，迄今已开发1亿kW，余下的3亿kW在开发中还存在着移民安置以及对大自然生态环境影响等问题；我国核电厂建设起步较晚，迄今仅占总发电装机的1.6%，加之大容量核电厂的主机设备还主要依靠进口，另外，根据国外的经验，核电厂同样存在核幅射防护以及核废弃物处理等环保问题。
应当指出的是，在我国目前的电源结构中，三分之二以上都是依靠燃煤火电厂，而火电厂又是一个燃煤消耗大户，与此相联系的还存在着煤炭的运输问题。
目前，不仅我国的煤矿资源日益减少，部分矿区的资源已开发殆尽，再加之近期煤矿安全事故不断发生，由于运力、运能的严重不足，所以对燃煤火电厂来说，形势也是严峻的。
还应当看到，造成我国当前能源供应紧张的另一个重大原因，也与我国一些工业部门的生产工艺落后，家电设备的能效不高等有关，使得我国单位GDP的耗能量较大。
具体而言，我国单位GDP的耗能量约为美国的4倍，日本的6~7倍。
根据我国国民经济发展规划以及在2020年前后达到全面小康水平的要求，到2010年电力装机将达到6亿kW，到2020年将达到10亿kW。
从上述不难看出，要实现我国国民经济的高速可持续增长，能源的供需矛盾必将更为突出，能源已成了制约可持续发展的瓶颈之一。
今后，除了继续探索新能源的开发利用之外，大力节约能源就成了重中之重。
由于节能还涉及到环保，所以它的重要性就更加突出了。
党和政府一直都十分重视节能工作，去年国家发改委还专门制定并发布了我国节能的中长期规划，除了今后将限制部分高耗能产业的发展之外，推动全社会节能，在节能工作中实行奖优罚劣，都是今后的政策走向。
从电力的生产、供应和消费来看，节约在输配电过程中的电能损耗就显得十分重要，而在输配电设备中尤以配电变压器量大、面广，且影响中、低压网络的线损。
据统计，截止到2000年底，我国拥有配电变压器约350万台，总容量达14亿kVA，在电力系统中配电变压器的损耗占输配电系统损耗的三分之一，占配电系统损耗的一半以上。
因而节约配变的能耗，成为了最为重要与紧迫的任务。
为了大力推动配电变压器的节能，在国家发改委以及国家电网公司等的倡议与指导下，去年国家有关部门相继制定了《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》强制性国家标准以及《配电变压器能效及技术经济评价导则》的电力行业标准，并将于近期发布实施。
1强制性国家标准《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》
为了大力推动全社会节能，国家从2004年起开始对电动机、变压器、照明灯具、空调、冰箱、洗衣机等家电设备实行《能源效率标识管理办法》（简称能效标准），要求这些用电设备都必须执行强制的能效标准并实施严格的、由专门机构执行的节能认证。
上述措施的主要目的是在于加大节能法的执法力度，实行更加严格的节能奖罚制度。
这与世界上许多发达国家当前的做法是一致的。
上述用电设备的能效标准有的制定较早，如空调、电冰箱的能效标准已于2005年3月1日正式生效，并已推向市场。
而其他电器的能效标准，有的正在制定，有的即将实施。
《三相配电变压器能效限定值及节能评价值标准》是由中国标准化研究院资源与环境研究所起草，于2004年初开始制定，同年12月经审查通过，现正报批中，预计近期即可实施。
1.1配电变压器的能效限定值
配电变压器的能效限定值是指在规定测试条件下，配电变压器的空载损耗和负载损耗的标准值。
这项定义规定了配电变压器损耗的最大值，即配电变压器的市场准入值。
油浸式配电变压器与干式配电变压器的能效限定值分别见表1与表2，它们相当于现行S9系列产品的损耗水平。
换句话说，今后如再生产损耗值大于表1与表2所规定值的产品，即属于非法。
表1油浸式配电变压器能效限定值
额定容量（SN）
/kVA
损耗
/W
短路阻抗（UK）
/%
空载（P0）
负载（PK）（75℃）
30
130
600
4.0
50
170
870
63
200
1040
80
250
1250
100
290
1500
125
340
1800
160
400
2200
200
480
2600
250
560
3050
315
670
3650
400
800
4300
500
960
5150
4.5
630
1200
6200
800
1400
7500
1000
1700
10300
1250
1950
12000
1600
2400
14500
表2干式配电变压器能效限定值
额定容量
/kVA
损耗
/W
短路阻抗（UK）
/%
空载（P0）
负载（PK）
B（100℃）
F（120℃）
H（145℃）
30
220
710
750
800
4
50
310
990
1060
1140
80
420
1370
1460
1570
100
450
1570
1670
1790
125
530
1840
1960
2100
160
610
2120
2250
2420
200
700
2510
2680
2870
250
810
2750
2920
3140
315
990
3460
3670
3950
400
1100
3970
4220
4530
500
1310
4860
5170
5540
630
1510
5850
6220
6660
630
1460
5940
6310
6770
6
800
1710
6930
7360
7900
1000
1990
8100
8610
9270
1250
2350
9630
10260
10980
1600
2760
11700
12420
13320
2000
3740
14400
15300
16470
2500
4500
17100
18180
19530
1.2配电变压器目标能效限定值
配电变压器目标能效限定值是指配电变压器预期未来的损耗值应降低到的某一水平的损耗值。
本标准目前规定的目标期限是4年，即4年后损耗应降低到数值。
表3及表4分别为油变与干变的目标能效限定值及节能评价值，表3数据为现有油变的S11系列的损耗水平，表4数据为现有干变S10系列的损耗水平。
目标能效限定值的规定，是为厂家进一步明确了节能降耗的努力目标。
表3油浸式配电变压器目标能效限定值及节能评价值
额定容量
/kVA
损耗/W
短路阻抗（UK）
/%
空载（P0）
负载（PK）（75℃）
30
100
600
4
50
130
870
63
150
1040
80
180
1250
100
200
1500
125
240
1800
160
270
2200
200
330
2600
250
400
3050
315
480
3650
400
570
4300
500
680
5150
630
810
6200
4.5
800
980
7500
1000
1150
10300
1250
1360
12000
1600
1640
14500
表4干式配电变压器目标能效限定值及节能评价值
额定容量
/kVA
损耗/W
短路阻抗（UK）
/%
空载（P0）
负载（PK）
B（100℃）
F（120℃）
H（145℃）
30
190
670
710
760
4
50
270
940
1000
1070
80
370
1290
1380
1480
100
400
1480
1570
1690
125
470
1740
1850
1980
160
550
2000
2130
2280
200
630
2370
2530
2710
250
720
2590
2760
2960
315
880
3265
3470
3730
400
980
3750
3990
4280
500
1160
4590
4880
5230
630
1350
5530
5880
6290
630
1300
5610
5960
6400
6
800
1520
6550
6960
7460
1000
1770
7650
8130
8760
1250
2090
9100
9690
10370
1600
2450
11050
11730
12580
2000
3320
13600
14450
15560
2500
4000
16150
17170
18450
1.3配电变压器的节能评价值
配电变压器的节能评价值是用来衡量不同厂家产品在现有能效限定值的基础之上所能降低的损耗水平的程度。
在一些发达国家，节能评价值比目标能效限定值的损耗水平还要低。
在制定我国标准时，考虑到是初次实施，暂时把目标能效限定值与节能评价值取为一致。
但今后进一步修订标准时，不排除有可能把节能评价值规定更低。
即使在目前，如有的生产厂家能生产出较油变S11系列与干变S10系列损耗值更低的产品，则其节能评价值将处于领先地位，因而在市场竞争中将处于有利的地位。
在本标准发布后，各厂家可向国家节能产品认证中心申请节能产品认证，合格后将取得相应的节能标识。
2电力行业标准（DL）《配电变压器能效及技术经济评价导则》
（2）
2.1概况
本标准是由国家电网公司动力经济研究中心负责起草，历时4年，于2004年底通过最终审查，目前正在报批中，预计近期将发布实施。
本标准等效采用美国全国电气制造商协会2002年颁布的NEMATP1-2002《配电变压器能效评价指南》（《GuideforDeterminingEnergyEfficiencyforDistributionTransformers》）。
该指南的目的在于推广高效率配电变压器的使用，并帮助变压器用户从经济效益和技术角度合理地认识和选择高效变压器。
在本标准中提供了一种基于技术经济效益的变压器能效评定方法及相关公式，以供用户在确定变压器能效时采用或参考。
作为推荐性的电力行业标准，本标准可供配电变压器用户、工程设计单位等在变压器技术方案确定之后进行技术经济分析评价时使用，也可供电力公司进行变压器设备招投标时使用，有助于评标人员进行全面、科学的评标；也有助于国内变压器制造厂家按照国际通用的能效评价标准更好地评判自己产品的技术经济性能，并参与国际市场的竞争；对变压器用户来说，可以形成一个比较简明的量化概念，以使决策者更明确地认识到节能产品的好处。
总的来说，本标准十分有利于高效节能变压器的推广和使用。
2.2本标准的核心——总拥有费用法TOC（TotalOwningCost）
20世纪70年代后期，由于能源价格不断攀升，美国的许多电力公司开始要求变压器在服务年限内具有最低的费用，于是，一种变压器能效评价方法TOC法应运而生。
TOC法综合考虑了变压器设施的一次性投资以及生产运行期间因变压器损耗所引起的运行费用，但在计算综合费用时，必须考虑投资者的预期回报率（即贴现率），这是与以往国内所采用的技术经济分析方法（如10年变电成本计算法等）的主要不同之处。
TOC法在美国于1981年正式成为工业标准，按照TOC标准采购的变压器一直被沿用至今。
在美国约有超过80%的电力投资方是按TOC法来评估所采购的变压器，欧盟各国也普遍采用类似的方法来进行配电变压器的能效评价。
2.3配电变压器的能效评价方法及基本计算公式
如上所述，本标准对配电变压器进行能效经济评价，应采用综合考虑其初始投资和在其经济使用期内将要支付的电气损耗费用的总拥有费用法（TOC方法）。
配电变压器的总拥有费用（TOCEFC）包括配电变压器的初始费用（CI）、空载损耗的等效初始费用（P0EFC）以及负载损耗的等效初始费用（PkEFC），其计算表达式为：
或：
（1）
式中：
TOCEFC——配电变压器的总拥有费用，元
CI——配电变压器设备初始费用，元。
对于新项目，CI采用设备价格即可；对于更换的变压器项目，CI应包括设备价格、运输、安装费用等；
P0EFC——变压器空载损耗的等效初始费用，元；
PkEFC——变压器负载损耗的等效初始费用，元；
P0——变压器额定空载有功损耗；W；
Pk——变压器额定负载有功损耗，W；
A——单位空载损耗的等效初始费用，元/kW；
B——单位空载损耗的等效初始费用，元/kW；
配电变压器单位空载损耗的等效初始费用A系数是指在整个配电变压器经济使用期内，每单位千瓦空载损耗所引起的费用总支出的贴现值；
配电变压器的单位负载损耗等效初始费用B系数是指在整个配电变压器经济使用期内，每单位千瓦负载损耗所引起的费用总支出的贴现值。
对供电企业和一般工业商业企业而言，A、B系数的计算公式及参数选取略有不同，现分述如下：
2.3.1供电企业的A、B系数计算公式
计算供电企业配电变压器的损耗费用，应根据变压器经济使用期间供电企业的平均购电成本和其电网的网络扩展平均增量费用来确定。
供电企业平均购电成本是指在变压器经济使用期内，供电企业向发电企业以及输电企业采购电力电量的平均综合购电成本。
应根据变压器经济使用期间供电企业所在地区的电力市场运行模式、短期及长期购售电合同等情况进行分析预测。
电网平均增量费用指变压器经济使用期间供电企业因电网扩展所产生的单位增量容量的平均年费用，包括新增资产的财务费用、税费、保险费、运行维护费、调试费等。
供电企业的电力负荷特性、预计的系统最大负荷、系统维护、可靠性、现有和未来的电力供需平衡情况等是影响供电企业网络扩展平均增量费用的主要因素。
（1）单位空载损耗等效初始费用（A系数）的计算公式
供电企业的单位空载损耗等效初始费用A系数（元/kW）的简易计算公式如下：
（2）
式中：
——贴现率为i的连续n年等年费用现值系数。
（3）
式中：
i——年贴现率，%；根据我国现行的利率水平，年贴现率可取为8%～10%，年贴现率应大于贷款利率。
n——配电变压器经济使用期，年；
Een——供电网平均购电成本，元/kWh；
Eca——供电网年平均增量费用，元/kW；
L——供电网的电网附加损耗率，%；一般取为10%。
（2）单位负载损耗等效初始费用（B系数）
供电企业的单位负载损耗等效初始费用B系数（元/kW）的简易计算公式如下：
（4）
式中：
RF——变压器高峰负载同时系数；
τ——年最大负载损耗小时数，小时。
可查有关设计手册。
kt——变压器的温度校正系数，通常可取为1，即出厂时已校正到参考温度。
L——供电企业电网的附加损耗率，%；见前。
PL——变压器经济使用期间的年负荷等效系数。
由于变压器负载损耗随变压器负荷成平方关系而变化，所以在B系数的计算公式中PL以平方表示。
PL2的计算公式为（假设变压器在经济使用期内不需要因负荷增长太快而被更换）：
（5）
式中：
n——变压器的经济运行期，年数；
β0——变压器的初始负载系数，标幺值；
g——变压器平均最大负荷增长率（预测值）；
i——年贴现率，同上。
当
（即认为变压器经济使用期内负荷不变）时，可简化认为
。
2.3.2工业商业企业配电变压器的A、B系数计算公式
（1）单位空载损耗等效初始费用（A）
工业商业企业配电变压器的单位空载损耗等效初始费用或A系数（元/kW）主要与电价有关，其简易计算公式如下：
（6）
式中：
——现值系数，计算公式同（3）；
——变压器用户支付的单位容量电费，即两部制电价中按月最大负荷需量收取的基本电费，元/kW。
——变压器用户支付的单位电度电费，元/kWh；
——变压器年带电小时数，通常为8760h。
（2）单位负载损耗等效初始费用（B）
工业商业企业配电变压器的单位负载损耗等效初始费用或B系数（元/kW），除与电价有关外，还与变压器所带负荷特征有关。
其简易计算公式如下：
（7）
式中：
PL——变压器经济使用期间的年负荷等效系数。
PL2的计算公式同（5）；
Ec——变压器用户支付的单位容量电费，或两部制电价中按最大负荷需量收取的月基本电费，元/kW；
Ee——变压器用户支付的单位电量电费，元/kWh；
τ——年最大负载损耗小时数，h。
同前；
kt——变压器的温度校正系数，通常取为1。
3结束语
为了保证国民经济的可持续发展，在当前能源供应十分紧张的情况下，唯有大力推进节能，而配电变压器的节能又是输配电网节能的重中之重。
笔者深信，随着本文中介绍的二项标准的贯彻实施，必将对配变节能带来新的动力。
当然，要认真做好配变的节能还涉及到许多方面。
对运行部门来说，如何做好变压器的经济运行，在规划设计时如何正确选择变压器的台数和容量等。
对制造厂企业来说，要生产节能高效的变压器无疑将加大生产成本，尤其是在当前硅钢片等原材料涨价的情况下，矛盾会更加突出。
因此，必须做好产品的优化设计，在生产过程中采用先进的工艺等。
但是，由于我国能源资源紧缺的情况近期是难以改变的，即使制造企业的利益会暂时受到影响，但国家从全民利益出发，还是会继续大力推行节能方针，这是别无选择的。
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