500kV变电站的节能设计

摘要：为了降低500kv变电站的能耗，对变电站设备选型设计进行了详细的经济技术比较，选择了损耗较低的ASA主变压器、油浸式并联电抗器和非晶合金变压器，大大减小了变电站的损耗，具有广泛的社会经济效益。

关键词：500kVASA变压器；油浸式并联电抗器；非晶合金变压器；节能设计；全寿命周期

中图分类号：TM63文献标识码：A文章编号：16749944（2013）04029904

1引言

节能减排是一个全社会的艰巨任务，其中电网损耗包含输电线路的电力损耗、变电过程的电力损耗，线损不在本文的讨论范围，本文着重讨论变电过程的损耗和变电站的站用电，通过经济技术比较优化，降低变电站的电力损耗。

变电过程的电力损耗主要包括变压器、电抗和站用变等元件损耗。其中最主要的是变压器损耗、低压并联电抗器损耗和站用变压器损耗，变压器损耗主要包括变压器铁芯中的铁损（固定损耗）和变压器绕组电阻上的铜损（可变损耗）。变压器铁损是铁芯的磁滞损耗和涡流损耗，变压器只要通电即存在铁损，与通过的功率无关，主要与变压器的容量和电压有关；变压器铜损与电阻和通过电流有关。低压并联电抗器损耗是固定损耗，与低压电抗器的电压有关。

变电站自身的站用电为站内设备正常工作、保证电网安全可靠供电的变电站自身用电负荷，如控制、信号、保护、照明等设备用电。变电站的站用电水平主要与变电站电压等级、规模及自动化程度有关。

要降低变电站的损耗，主要就是降低变压器、低压并联电抗器和站用变的损耗，降低设备的损耗可以通过设备优化选型实现。

2500kV主变压器的节能选型

500kV主变压器分为三相共体变压器，组合式三相变压器，单相变压器和分解运输、现场组装式变压器（ASA）。

组合式三相变压器是将1台三相变压器分解为3个单元变压器，组合式变压器，变压器线圈及铁心为单相独立，运输至现场后形成组合变，与单相变压器组比较，只是油道及部分接线在组合变壳体内完成。该类型运输尺寸及重量与传统的单相变压器基本相当。通过和变压器厂家交流，变压器厂家不推荐500kV变压器采用组合式变压器，本文不讨论此类型。

分解运输现场组装式（Advanced Site Assembly）三相共体变压器，简称ASA变压器。ASA变压器是将工厂试验完成后的变压器合理分解为铁心、线圈及油箱等单元，运输到现地后进行再装配的变压器。ASA变压器无论在电气参数上还是在占地面积上均与普通三相共体变压器等同，其最大的优点在于变压器本体非常易于分解和运输，最大运输重量不超过65t。

DL/T5222-2005《导体和电器选择设计技术规定》8.0.8 “除受运输、制造水平或其他特殊因素外应尽可能选用三相变压器”，但是长期以来，由于受国内500kV三相变压器的生产能力和运输条件限制等因素影响，国内已投运的大部分500kV变电站中约90%的500kV主变压器一直选用单相自耦变压器。单相自耦变压器的运输重量约为140t，而ASA变压器不超过60t，由此可知，ASA变压器的适用性更为广泛。下面将详细分析比较三相共体变压器、单相变压器和ASA变压器的优缺点和损耗（本文以500kV，750MVA的变压器为例），如表1所示。

从表1分析中可以看出，综合考虑设备本身的价格和运输费用，普通三相一体变压器投资最大，单相变压器组次之，ASA变压器投资最小。ASA变压器具有三相一体变压器的优点，运输单件重量不超过60t，适用性更为广泛，而且可以节省35kV汇流母线和两个防火墙及其占地（节约0.05hm2即0.75亩）的投资，并且损耗比单相变压器低，每年每台主变可以节约电费约14592万元。

表1三种500kV主变压器的节能比较

形式ASA变压器三相一体变压器单相变压器组现场安装状态额定容量（高/中/低）750/750/240 MVA750/750/240 MVA750/750/240 MVA额定电压 550/230⑥2⑨2.5%/36kV550/230⑥2⑨2.5%/36kV550/230⑥2⑨2.5%/36kV阻抗电压Ud1-2%=12，Ud1-3%=44，

Ud2-3%=29Ud1-2%=12，Ud1-3%=44，

Ud2-3%=29Ud1-2%=12，Ud1-3%=44，

Ud2-3%=29联结组别Yn，a0，d11Yn，a0，d11Yn，a0，d11安装面积132m2（44%）132m2（44%）298m2（100%）最大运输重60t（16%）350t（100%）140t（40%）总重480t（84%）480t（84%）570t（3×190t）（100%）ΔP0空载损耗

（国网招标要求值）180kW180kW210kW （3×70）ΔPC负载损耗

（国网招标要求值）880kW880kW1050kW（3×350kW）年能耗ΔA=ΔP0T+ΔPC

（S/Se）2T（万kW·h/年）210.48210.48246.96耗能（万元）

（0.4元/kW·h）84.19284.19298.784设备投资（万元）240022002400设备运费（万元）30～50800100～120注：T-变压器运行时间（h）=8760；S-变压器运行容量（MVA）；Se-变压器额定容量（MVA）；主变平均负载率（S/Se）=50%；T-最大负荷损耗小时数（h）=2400。

2013年4月绿色科技第4期

王正华，等：500kV变电站的节能设计工程技术

对于ASA变压器，据笔者了解，目前国内生产商包括：中电装备东芝（常州）变压器有限公司，特变电工衡阳变压器有限公司，保定天威保变电气股份有限公司和特变电工新疆变压器厂都有生产业绩，并且ASA变压器已在茂县、昭觉、雅安、色尔古、丹巴、康定、新都桥、木里、水洛、茂县Ⅱ等多个500kV变电站应用，已有丰富的运行经验。

335kV并联电抗器的节能选型

500kV变电站35kV并联电抗器分为单相干式空芯并联电抗器和三相油浸式并联电抗器（表2）。

环氧包封式空心并联电抗器由于结构简单、价格低等优势在国内获得广泛应用。经过长时间的运行，已出现了许多运行故障，有的被迫停运处理，有的甚至烧毁设备（综合评估，全生命周期成本并不经济）。已有许多变电站发生过空心并联电抗器烧毁现象。

与空心电抗器相比较，铁心电抗器在性能方面拥有较大优势：运行稳定性，油浸式电抗器绝缘为油纸配合绝缘。两种绝缘方式的稳定性都很高，可保证产品安全稳定地运行。铁心式并联电抗器由铁心作为导磁介质，其磁场集中，漏磁小，因此其损耗比空心电抗器小很多。一次投资较高，但是损耗较低，全生命周期成本很经济。

表2两种500kV变电站35kV并联电抗器的节能比较

形式单相干式空芯并联电抗器三相油浸式并联电抗器现场安装状态额定容量60MVA60MVA额定电压34.5kV34.5kV安装面积120m2（100%）58.5m2（48.75%）占地成本（万元）2.71.32设备投资（万元）110240使用寿命（年）153030年成本现值（万元）30年使用（2台）110+110×（P/S，7%，15）

=110+110×0.3624=149.864240维护成本（万元）（每年涂RTV涂料成本300元，人工成本700元）（万元）0.1×（P/A，7%，30）=0.1×124090=1.24每年进行油样检查，成本100元，人工成本100元。30年成本现值为： 0.02×（P/A，7%，30）=0.02×12.4090=0.25产品报废后残值（万元）约为7万，2台产品报废后残值的现值为：7×（P/S，7%，15）+7×（P/S，7%，30）=7×03624+7×0.1314=3.46报废后残值约为35万元，残值现值为：35×（P/S，7%，30）=35×0.1314=4.60（万元）负载损耗196.5kW（75℃）115kW（75℃）耗能（万元）（0.4元/kW·h）每年运行损耗（按每天24h运行，每年运行365d）：196.5×24×365×0.4=68.8536（万元）；每年运行损耗（按每天24h运行）：115×24×365×0.4=40.296（万元）；30年运行损耗现值（万元）68.8536×（P/A，7%，30）= 68.8536×124090=854.4130年运行损耗现值为：40.296×（P/A，7%，30） =40.296×12.4090 = 500.04（万元）空心并联电抗器使用总成本现值（S空=购买设备投入+运行电能损耗+占地成本+维护成本-残值）（万元）1002.054750.18

由表2可知使用铁心并联电抗器比使用空心并联电抗器成本节约：

S空-S铁=1002.054-750.18=251.874（万元）；

虽然价格上铁心电抗器比空心电抗器高，初期投资较大，但从设备全寿命周期的综合成本看，铁心电抗器优于空心电抗器。油浸式铁心电抗器每台每年可以节约28.5576万元，并且安全稳定、损耗小、占地面积小、漏磁污染小、运行监控方便，在四川木里、茂县Ⅱ500kV等变电站得到了应用。随着油浸式铁心电抗器的大规模应用，设备成本将降低，设备价格随之降低。

435kV站用电的节能选型

500kV变电站35kV站用变应用较多的为节能型S11硅钢变压器和SH15非晶合金变压器。站用变压器的空载损耗和负载损耗与容量有关，变电站的照明灯具尽量用节能灯，风机和空调选用节能设备，日照强的地方可以选择太阳能路灯，通过选择低能耗的用电设备，以便降低站用变压器的容量，本文以35kV 500kVA的站用变为例对SH15非晶合金变压器与节能型S11 硅钢变压器进行全寿命周期分析并选型（表3、表4）。

表3SH15 非晶合金变压器与S11 硅钢变压器的节能效果比较

容量/kVA产品系列空载损耗/W负载损耗/W年运行能成本/元年节约电费/元 500SBH16240515064952116S1168051508611-

表4站用变全寿命周期分析选型

站用变压器型号SH15500kVAS11500kVA一次投资成本（IC）（万元）8.86.230年运行成本（OC）（万元）19.9525.83中断供电损失成本（FC）（万元）6.06.0报废成本（DC）（万元）-0.013-0.062LCC=IC+OC+FC+DC（万元）34.73737.968LCC价差（万元）03.231

由表4可知，从全寿命周期考虑，选用非晶合金变压器较为经济，SH15 型三相油浸式非晶合金铁心变压器与S11 型三相油浸式变压器相比，年运行成本平均降低24.57%。非晶合金站用变与常规硅钢片铁心站用变相比，非晶合金站用变利用其导磁性能突出的优点，降低了变压器的损耗值，特别是能够降低空载损耗，节能效果明显，适用推广应用。

5结语

本文从节能减排的角度，通过详细的技术经济比较对变电站的主要耗能设备主变、并联电抗器和站用变压器进行了节能选型。

通过比较主变推荐分解运输、现场组装式变压器（ASA），ASA变压器具有三相一体变压器的优点，运输单件重量不超过60t，适用性更为广泛，并且损耗比单相变压器低，每年每台主变可以节约电费约14.592万元。

通过比较并联电抗器推荐采用油浸式铁心并联电抗器，油浸式铁心电抗器比干式空芯并联电抗器每台每年可以节约28.5576万元。

通过比较站用变推荐采用非晶合金站用变，与常规硅钢片铁心站用变相比每台每年可以节约0.2116万元。

以国网通用设计A-4方案为例（最终4组750MVA单相变压器，每组主变配两组60MVA的干式空心并联电抗器，3台站用变），主变选用ASA变压器，并联电抗器选用油浸式铁心并联电抗器，站用变选用3台非晶合金变压器，全站每年可以节约电费287.46万元，大大降低了变电站的运行费用，变相给电网企业带来了利润，具有广泛的社会经济效益，ASA变压器、油浸式铁心并联电抗器和非晶合金变压器应该在500kV变电站设计设备选型时优先给予考虑。

参考文献：

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