王珣
（大庆油田第二采油厂电力维修大队）
摘要：电力变压器作为电力系统的电压转换设备，在油田的配电网中有着广泛的应用。在我国节能减排的大环境下，本文提出针对目前油田在用的老式高耗能变压器进行升级改造的方案，以实现在油田电网方面的节能降耗及经济效益最大化。
关键词：变压器；节能降耗；升级改造
一、引言
配电变压器作为使用最为广泛的电力设施，数量种类繁多，变压器损耗占电网损耗15%-20%，降低变压器损耗对节能减排有着重要意义。国家电网对此也很重视，特别规定新安装的配电变压器必须达到性能代号S９以上。目前，采油二厂电网中，尚有3300余台S7系列高耗能变压器处于在网运行状态。经抽样实验调查得到：在用的S7系列变压器空载损耗基本没有变化，但负载损耗比出厂时增加了5%-10%。另外，此系列变压器产于上个世纪80年代，现已基本达到使用年限，且烧损事故频繁发生，这在一定程度上影响了供电的可靠性。对老旧变压器的升级改造迫在眉睫。在电网改造中，每年厂里都投入巨资，对在用变压器进行升级，电力维修大队的电器修理基地，在近几年的修理工作中，积累了大量的修理经验，如果能对S7系列变压器进行改造，使之成为S9系列或更优的S11系列节能变压器，必然会收到很好的经济效益。
二、降耗改造的理论依据（方案）
变压器的效率，即：η=（P2÷P1）x100% （1）
式中，η——为变压器的效率；
P1——为输入功率；
P2——为输出功率。
当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率η等于100%，变压器将不产生任何损耗。但实际上这种变压器是没有的。变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要分为铜损和铁损。
铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能就转化为热能损耗掉。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。
铁损包括两种：一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一种是涡流损耗，当变压器工作时，铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流。涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。
根据变压器的这两种主要损耗的特点，我们制定了以下两种改造方案：
方案一：降容升级
保留变压器原有铁芯、箱体等部分，通过重绕线圈，增加线圈匝数的方式，以降低磁通密度，铁损中的磁滞损耗和涡流损耗与磁通密度Bm的平方成正比，磁通密度Bm降低后，变压器的铁损下降。同时，变压器的容量降低后，直流电阻然有所增加，但线圈中的电流减小，铜损与电流的平方成正比，最终达到降低损耗的目的。
方案二：等容升级
保留变压器原有铁芯、箱体等部分，仅通过增加线圈导线截面积的方法，减小一、二次线圈的直流电阻，以达到节能的目的。
这两种方法都是保留铁芯、箱体，只重新设计变压器一、二次线圈，这仅增加了工艺装配及线圈设计难度，而不需要增加设备投资，这将为我厂降低设备购置成本做出极大贡献。
三、降耗改造实验
我们改造的对象是在用的S7系列变压器，这其中包括部分烧损的变压器。首先我们对将要改造的变压器进行一些基本处理：检前试验、放油、解体等。
以下为改造实验的操作要点：
1）铁芯处理：主要是清理铁芯中散落的杂质，烧损处绝缘处理，保证绝缘和装配系数不降低。
2）绕组重新设计：线圈匝数、线径、绕制方式等，全部重新进行设计计算。
3）装配改造：绕组重新设计后，装配绝缘尺寸、间隙发生变化，各部位的绝缘需要重新设计。
四、实验数据分析
由以上表中的实验数据可知，降容改造后的变压器综合损耗较原来下降20%，等容改造后的变压器综合损耗较原来下降30%，技术指标介于S9系列与S11系列之间。
五、实验结论
综合理论分析可知，变压器的主要性能指标，即空载损耗、负载损耗和阻抗电压与线圈匝数、线圈高度、主绝缘距离等变量相关，然而这些变量的作用结果往往是相互矛盾的，比如匝数增加会降低空载损耗，但同时也会增加负载损耗和阻抗电压。因此，方案一中增加匝数的同时，必须合理的增加轴向线圈高度，缩小幅相线圈半径，提高现有铁芯窗口的空间利用率，使诸多变量处在某一平衡点，才能保证空载损耗、负载损耗同时达到S9系列或S11系列技术指标的要求。
同时，根据对不同类型的老旧变压器进行的试验数据分析，我们得到如下结论：方案一（降容升级）适用于烧损变压器。这部分变压器铁芯受损较多，降低容量可以降低能耗，还会提高运行方面的可靠性，且降容只降一级。方案二（等容升级）适用于完好变压器。改造主要通过增大导线截面积来实现降低损耗的目的。高压绕组导线截面由φ1.6增大到φ1.9，低压绕组由单绕，变为双股并绕，截面虽然没变，但表面积增加相对提高截流量，采用并绕技术还可以降低绕圈导线中的涡流损耗。由于匝数和线径的增加，以及并绕导线换位，线圈尺寸增大，装配间隙变小，线圈间采用加绝缘纸板的方法，增加放电距离，保证绝缘强度不会因间隙变小而降低。
此外，对存量较少的80KVA变压器，可购进一批S11系列铁芯直接升级，保证变压器型号齐全，不会因降容改造而发生部分产品数量少的现象，并可使报废变压器的空壳得到再利用，盘活资产。
六、升级改造的经济性分析
以63KVA在用变压器等容改造为例：
对S7变压器的改造费用主要为线圈重新绕制材料消耗：
新绕线圈：（57.6+35.4）kg×70元/kg=6510（元）
旧线圈置换：（27.2+17）kg×70元/kg×0.6=1856（元）
线圈成本：6510-1856=4654（元）
其他成本：辅助材料200元
人工费用500元
改造总成本：4654+200+500=5354（元）
新进一台S9系列63KVA变压器费用约为1.6万元。
变压器改造后投入运行效益：
年运行时间：8600h
电费：0.6381元/KWh
改造前损耗：217+1505=1722W
改造后损耗：220+986=1206W
ΔP=1722-1206=516W
年节约电费：516×10-3×8600×0.6381=2831（元）
如此，投入运行不到两年便可收回改造成本，并节约购置费用1.6万元。因此，此升级改造方案的经济性较为合理。
目前，采油二厂电力维修大队修理基地的生产能力，可以保证完成年改造80-100台的目标。随着材料价格的不断上涨，这不仅是企业进行节能挖潜的一个好方法，同时有助于延缓S7系列变压器的淘汰，将其改造为新的节能变压器，延长老旧变压器的使用寿命，为企业节约大量的设备购置资金，具有明显的社会效益和经济效益。
论文作者:王珣
论文发表刊物:《电力设备》2015年3期
论文发表时间:2015/11/2
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