利用电力变压器损耗为变电站房屋供暖探索

杨作梁，杨　森

(1.国网冀北电力有限公司 技能培训中心，河北　保定　071051；

2.沈阳工程学院，辽宁　沈阳　110136)



利用电力变压器损耗为变电站房屋供暖探索

杨作梁1，杨森2

(1.国网冀北电力有限公司 技能培训中心，河北保定071051；

2.沈阳工程学院，辽宁沈阳110136)

摘要：大型电力变压器损耗已达兆瓦级，但如何回收利用，长期以来鲜有人提及。针对低温热水辐射散热供暖所需热源温度较低的特点，提出了利用专用热交换器把原来通过变压器冷却器散失掉的部分热能加以回收以替代供暖锅炉的方法，实现利用变压器损耗为变电站房屋供暖。这种供暖方式不仅具有很好的节能效果，而且没有任何污染、不需要专人照料，具有一定的推广价值。

关键词：电力变压器;损耗;变电站;供暖;节能

0引言

由于大型变电站多建在郊外，工作和休息场所在冬季的供暖必须自行解决。目前采用的供暖热源主要有：燃煤锅炉、电锅炉等。如果采用燃煤锅炉供暖不仅污染环境，而且还需要专人照料，当然也要消耗一次能源。如果采用电锅炉供暖虽然比较环保，也不要专人照料，但是要消耗大量电能。而另一方面，众多大型电力变压器的损耗都没有得到任何利用，白白浪费掉了。如果能将电力变压器的损耗加以回收利用不仅可满足供暖要求，而且既节能又环保。目前国内外对于变压器损耗回收利用的研究较少。文献[1]提出了采用热泵技术回收热能实现供暖的方法，但其投资较大，且对废热的利用不够直接。本文针对低温热水辐射散热供暖所需热源温度较低的特点，提出了利用专用热交换器把原来通过变压器冷却器散失掉的部分热能加以回收以替代供暖锅炉的方法，实现利用变压器损耗为变电站房屋供暖[2]。

1电力变压器损耗概况

变压器的能量损耗包括本体损耗(由空载损耗和负载损耗组成，通常称为总损耗)和辅助设备损耗。采取一定措施后，前者可以加以回收利用。

电力变压器的能量总损耗随其电压等级、容量和类型不同而不同。表1和表2所列220 kV和500 kV变电站为有人值守变电站，其中的损耗数据是单台不同电压等级、不同容量三相油浸式电力变压器额定工况下的设计数据[3]。

表1220 kV变电站变压器损耗情况

变压器容量/MVA240300370400420空载损耗/kW160189221234242负载损耗/kW567675790837868总损耗/kW727864101110711110

表2500 kV变电站变压器损耗情况

变压器容量/MVA400420480600720空载损耗/kW210220235310360负载损耗/kW10001010112014101620总损耗/kW12101230135517201980

从表1和表2所列数据可以看出，电力变压器的损耗从几百千瓦到几兆瓦不等，随着变压器容量越大其损耗也越大。即使变电站只采用一台240 MVA的变压器，在50%负荷下，变压器的损耗也可以达到360 kW。

2变电站房屋供暖现状

对于有人值守变电站，冬季供暖主要采用燃煤(或燃油)锅炉、电锅炉、空调、电暖气等多种方式[4]。需要供暖的房屋主要包括控制机房、通讯机房、工作人员休息室、办公室、食堂等，供暖面积从数百平米到数千平米不等。通常情况下，220 kV变电站的供暖面积为1 000 m3左右，500 kV变电站的供暖面积为2 000 m3左右，所需供暖功率为120 kW和240 kW左右。

3利用变压器损耗供暖的可行性

以有人值守的220 kV最小变电站为例。

一台240 MVA的三相电力变压器在额定工况下的总损耗为727 kW；在50%负荷下，变压器的损耗也可以达到363 kW。需要冷却器散热的功率如果按60%~80%计算，则可供供暖的功率为218~290 kW，而变电站在冬季的供暖负荷约为120 kW，因此利用变压器损耗可满足变电站供暖功率要求。

如果采用低温热水地板辐射供暖，设计推荐的的供水温度为35~45℃，而根据笔者的实际体验，只要能提供30~40℃的热水即可很好满足地板辐射供暖需要，室内温度可以保持在23~28℃。而地板辐射供暖的供回水温差一般为 3~6℃，所以回水温度通常为24~36℃。

在设计工况下，要求变压器顶层油温不超过85℃(强迫油循环风冷)和70℃(强迫油循环水冷)；冷却介质允许最高温度分别为40℃和30℃[5-6]。

在非供暖季节，运行过程中变压器出口油温一般为45~70℃。到了冬季，在投入冷却器的情况下，变压器油温会较低。如果设法降低冷却器散热功率，则可以得到满足供暖需要的油温。如果假设热交换器的出口端差高达10℃，只要将变压器出口油温控制在40~50℃即可满足低温热水地板辐射供暖需要[7-8]。

因此，利用电力变压器的损耗供暖不论是功率还是水温都是可以满足要求的。

4供暖系统工作原理

利用电力变压器损耗为变电站房屋供暖的工作原理图如图1所示。其工作原理是：在供暖季节，通过合理减少变压器冷却器散热功率提高变压器的出口油温，使其满足供热要求，然后通过专用热交换器把供热介质加热到所需温度，然后通过低温热水辐射散热地板向房间供暖。

图1　供暖系统原理图1-变压器；2-变压器冷却器；3-供暖热交换器；4-地板辐射散热器；5-膨胀箱；6-变压器油循环泵；7-供暖循环水泵；8-上三通调节阀；9-下三通调节阀

具体技术措施如下：

(1)在保持电力变压器整体结构不变的前提下，加装一台供暖热交换器(油-水热交换器)(如图2所示)，利用变压器的热油加热供暖介质(水)。

图2　供暖热交换器1-上双层管板；2-下双层管板；3-进油口；4-出油口； 5-出水口；6-进水口

(2)在变压器油箱与冷却器之间的变压器油进出管道上，分别加装三通调节阀，变压器油箱上侧热油出口管道上的称为上三通阀，下侧冷油进口管道上的称为下三通阀。上三通阀的入口端与变压器油箱相连，两个出口端分别与变压器冷却器和供暖热交换器相连。下三通阀的进口端分别与变压器冷却器和供暖热交换器相连，出口与变压器油箱相连。其中，上三通阀采用电动调节阀，可根据室外温度变化自动调节变压器冷却器与供热交换器的油量。油温控制通过自动装置调节冷却器冷却功率来实现。

(3)供暖热交换器采用上、下管板都是双层管板的直管表面式热交换器，受热面管采用黄铜管，确保水不会漏到油侧。

(4)供暖介质采用蒸馏水，确保热交换器不会结水垢，也不会被腐蚀，即使变压器漏电，也不会传导到热用户侧，有利于变压器和用户安全。

(5)热交换器到用户侧供、回水管全部采用高强度、耐温塑料管，防止变压器万一漏电危及热用户安全。

(6)由于受变压器油温的限制，可供供暖用的热水温度不可能很高，所以用户散热器采用低温热水辐射散热地板。这种散热器不仅采暖效果好，温度分布均匀，更符合人体生理需要，而且安全、卫生、不占空间。

5结语

用油-水热交换器替代供暖锅炉，通过利用变压器损耗为变电站房屋供热，不仅没有任何污染，不需要专人照料，而且还有很好的节能效果。仅河北省有人值守220 kV和500 kV变电站就有180座，如果每个变电站的供暖负荷按100 kW计算，粗略估计一个供暖季共计可节电5184万kW·h，按居民用电价格计算可节约电费2 952万元。因此，这是一项很值得研究推广的技术。

不论是双层管板热交换器还是低温热水辐射散热地板，都是成熟技术，所以不论是设备制造还是施工都不存在技术问题。如果是新建变电站，在设计、建造供暖系统时可以直接采用本技术。如果是老变电站，可以在变电站大修时，通过技术改造实现利用变压器损耗供暖。

参考文献

[1]吕灿仁，胡金心．利用变电站废热的热泵系统开发研究[J]．节能技术，1996(1)：5-8.

[2]李兴，纪明．变电站采用不同采暖方式的技术分析[J]．天津电力技术，2009(2)：21-23.

[3]国家质量监督检验总局，国家标准化管理委员会．油浸式电力变压器技术参数和要求:GB/T6451-2008[S]．北京：中国标准出版社，2008.

[4]中国建筑科学研究院．民用建筑供暖通风与空气调节设计规范:GB50736-2012[S]．北京：中国建筑工业出版社，2012.

[5]余伟，李金发．强油循环风冷变压器低温运行状况的改善[J]．江西电力技术，2008，32(3)：27-28.

[6]赵丽．液体循环式显热回收在严寒地区的使用[J]．暖通空调，2014，44(6)：93-96.

[7]张自国．使用太阳能的低温地板辐射供暖研究[J]．长春工程学院学报，2013，14(1)：108-109.

[8]刘金武，简廷强．石油化工企业余热在供暖系统中的应用[J]．石油化工应用，2014，33(10)：112-117.

Research on the Substation Buildings Heating Using Power Transformer LossYANG Zuo-liang1，YANG Sen2

(1.State Grid Jibei Electric Power Co．,Ltd., Skill Training Center，Baoding 071051，China；

2.Shenyang Institute of Engineering，Shenyang 100136，China)

Abstract：He loss of large power transformer has achieved MW level. But few people noticed how to recycle these energies. The low temperature hot water radiant heating system need a heat source which temperature is relatively low. According to this characteristic this paper proposed a method that using a dedicated heat exchanger to recycle a part of the heat energy which lost by transformer cooler. Through this method we can use the transformer loss to heat the substation house and then eliminate the existing boiler heating system. This heating plan has a certain promotional value. Because it not only has a good energy saving effect, but also no pollution and don’t need special care.

Key words：power transformer; loss; substation; heating; energy conservation

作者简介：杨作梁(1964~)，男，学士，副教授，研究方向为火电厂经济运行。

收稿日期2015-03-04修订稿日期2015-04-15

中图分类号：TK11+5

文献标识码：A

文章编号：1002-6339 (2015) 06-0559-03