油田电网35 kV级高耗能变压器节能技术改造

刘汉立（中国石油集团电能有限公司）

大庆油田电网中35 kV级变压器有485台，其中287台S7型高耗能变压器在线运行，占总台数的59.18%，累计容量达22.59×104kVA。这种变压器损耗大，能源浪费严重，铝线圈绕组抗冲击性能差，属于国家明令淘汰产品[1]。如果将这些变压器全部更换为新型节能变压器，不仅资金投入大，而且更换下来的旧变压器只能成为废品。通过对高耗能变压器进行优化设计，合理改造，使之成为S9型或更优的S10型、S11型节能变压器，在提高安全运行可靠性的同时，使变压器整体技术水平达到国家低耗能变压器技术标准，满足节能技术要求，实现最佳的节电效果。

1 变压器改造理论依据

由变压器理论[2-3]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。通过改变变压器绕组参数，变压器磁通密度、电流密度，使电磁参数达到最佳匹配，大幅度降低了变压器空载损耗和负载损耗，使S7型变压器改造后的空载损耗、负载损耗和阻抗电压达到S9型系列变压器技术指标的要求，从而完成S7型变压器向S9型变压器的改造升级。

2 技术改造和方案实施

2.1 技术改造

对目前油田在用的高耗能变压器的性能指标进行综合分析，由于变压器的容量不同、生产厂家不同、同一容量先后采用的图纸不同、同一图纸使用的硅钢片也不一定相同等原因，造成变压器的铁芯材质和窗口尺寸等原始参数相差很多。所以，S7型变压器降耗改造工作，主要是重新设计电磁、制作高低线圈和绝缘部分，而变压器原有铁芯、油箱等部分可以利旧，并对部分结构件进行改进，以加强机械强度和稳固性。

287台变压器可分成30多种类型，对应着30多个最佳平衡点，每个平衡点最终决定了该类型变压器的最终改造结果。

2.2 方案实施

1）只改绕组。如果铁芯材质符合要求，经试验后，重新设计变压器绕组，把铝线圈增匝改绕成铜线圈，可以适当增加高、低压绕组的匝数，降低磁通密度，从而达到S9型系列空载损耗指标。

2）既改线圈又改部分铁芯。有的变压器铁芯材质很差，铁损、铜损又较高，只改绕组不能满足低损耗技术指标，只有同时改造主级铁芯，才可达到S9型标准。

3）降容改造。另一部分S7型变压器，由于S7型主变设计比较紧凑，铁芯窗口尺寸难以满足需要，通过计算不能改成同容量S9型变压器，但可以改成下一容量的S9型。比如，原来是S7-8000 kVA变压器，可以改成S9-6300 kVA变压器；改造后，如果不能满足变压器负荷需求，可以进行调换使用。

3 费用预算和节能效果分析

由于变压器铁芯、油箱等部分原器件可以利旧，改造费用主要是铜导线、分接开关及部分密封材料。如果原变压器性能太差，可以更换铁芯，需要部分硅钢片，因变压器容量不同所需要的原材料数量也不同。以S7-6300 kVA/35 kV变压器为例，预计每台累计各种材料费27万元，人工等费用5万元，合计32万元。

3.1 改造前后对比

S7-6300 kVA/35 kV变压器改造前后的节能对比如表1、表2所示。

表1 空载损耗对比

表2 负载损耗对比

3.2 年节电情况

年节电量=［（改前空载损耗-改后空载损耗）+（改前负载损耗-改后负载损耗）×负载率］×运行时间

S7-6300 kVA/35 kV变压器年节电量=［（8.2-6.56） +（41.0-36.9） ×0.85］ ×24×365=44 895.00 kWh。

3.3 经济效益

高耗能变压器改造体现了优化设计为主、选材与工艺相辅的结果，使产品性能和结构方面都能达到S9型的水平，符合GB/T 6451《三相油浸变压器技术参数及要求》之规定，并可取得较好的经济效益。

1）节能效果显著[4-5]。通过计算机进行优化设计，大幅度降低了变压器空载损耗及负载损耗。S7型变压器改造后总损耗平均可降低20%～25%，变压器整体技术水平达到国家低耗能变压器标准中的技术要求。如果将在用的S7型变压器全部改造成S9型变压器，节能效果显著，运行费用大大降低；如果将287台35 kV级高耗能变压器全部改造为低耗能变压器，经济效益巨大。如果每年按计划改造50台，年可节电200×104～250×104kWh；如果电费按0.6元/kWh计算，年可节省120～150万元。

2）节约设备购置成本。大量高耗能变压器的重新利用，可以节省购置新设备的投资，符合国家能源政策要求。由于变压器生产厂家较多，各家设计参数都有所不同，使改造变得复杂化，每台需要改造的变压器都要进行原始性能测试。因变压器型号不同，所采用的材质也不同，改造设计方案基本上一台一设计。

通过预算，每台改造费用约为32万元，S9型变压器售价63万元，改造费用占新品50.8%左右；如果加上改造后的节电费用（节电费+线路损耗预计4万元），平均费用只相当于新品的44.4%。如果对287台S7型主变全部进行降耗改造，成本9000多万元；但通过变压器自身的降耗节电，收回改造成本的年限约为8年。

4 结论

综上所述，对高耗能变压器进行改造不仅是可行的，而且预期的节能效果也非常理想。改造后总损耗平均可降低20%以上，改造后通过产品质量和性能检测，变压器整体技术水平达到国家低耗能变压器标准中的技术要求。

在电力系统输配电网络损耗中，高耗能变压器损耗占据很大的比例，使得变压器节能改造成为当前亟待解决的问题。通过实例分析表明，对高耗能变压器进行改造投资少，见效快，收回改造成本的年限约为8年。但由于变压器型号复杂，必须根据变压器实际逐一进行设计改造，且每台改造工艺流程也各不相同，需要进一步研究改进。