浅谈丁东水库电力系统变压器的更新改造

德州市丁东水库是为解决华能德州电厂和德州市城区及农业供水的大型引黄供水枢纽工程。工程由入库泵站、城市泵站、恒升泵站等几部分组成，该工程于1997年10月建成运行。工程运行至今，发挥了巨大的经济效益、社会效益、和环境效益。随着工程的常年运行，电力系统中出现了一些新问题，制约了水库的运行发展。

一、水库工程电力系统中变压器的现状

水库泵站为坝后式结构，按“站变合一”的供电方式设计，由35千伏专线输电，变压器总容量6500kVA，其中S7-2500/35

2台、S7-200/35

1台、S7-1250/35

1台、S7-50/35

1台。电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。水库变压器型号均采用S7系列油浸式，S7系列变压器是我国在1980年前后推出的，材料和工艺都很落后，损耗高、效率低。油浸式变压器结构复杂，管理麻烦，运行中要监视变压器的油位、油色，若需补油多数情况下须真空注油，操作繁琐，运行噪音大，内部故障监视不直观。水库使用中的变压器有的已出现渗油、漏油现象，老化问题日益严重，市场缺乏相应配件。

S7型变压器的损耗高，我们知道变压器有功损耗分空载损耗P0和负载损耗Pk，空载损耗主要由铁芯中的磁滞损失和涡流损失造成，这两种损耗皆由变压器的铁芯产生，因此空载损耗也称铁损。空载损耗与电压、频率、铁芯材质等因素有关，与负载大小无关，因此是相对固定的损耗。额定负载损耗指一二次绕组都运行于额定电流状态下，一二次绕组产生的损耗，因一二次绕组都是铜绕组，因此也称为铜损。负载损耗随负载大小及运行温度的变化而变化。变压器无功损耗不直接产生实际电能损耗。

每年因为空载损耗导致的耗电=空载损耗（KW）×24×365；

每年因为负载损耗导致的耗电=负载损耗（KW）×24×365×负荷率的平方。

以S7-200/35型变压器空载损耗0.55

KW、负载损耗3.7KW、负荷率为0.725计算，每年的空载损耗为4818千瓦时，每年的负载损耗为17016千瓦时。统计6500

kVA容量每年的空载损耗为16687千瓦时，每年的负载损耗为132054千瓦时，可见，S7型变压器每年的损耗是很高的。

二、新型变压器的选择

随着市场经济的发展和科技的不断进步，新材料、新工艺的不断应用，新型低损耗变压器相继开发成功。如油浸变压器已出现比S7系列更节能的S11、S13、SBH15系列（数字越大，损耗越低）。由于绝缘油的改进，难燃油（β液）变压器已走入市场应用。以β液浸变压器为例，与传统油浸式变压器对照，其寿命至少延长10年，而且在40年的寿命期内，不需维护和更换β油，而传统变压器3-5年就需要采取维护措施，噪音比传统变压器降低两个容量级，比国家标准降低了10分贝。

干式变压器在我国有了很快的发展。新型干式变压器目前常用的主要有两种，即环氧树脂烧注式（SC10）；用诺迈克纸（美国杜邦公司的NOMEX®）作绝缘的敞开式干式变压器（SG10）。因绝缘材料耐热性能不同，SC10型绝缘耐热等级通常只能为F级（最高充许温度为155℃），SG10型绝缘耐热等级能做到H级（最高允许温度为180℃）。干式变压器如果铁芯采用非晶合金材料，同样，空载损耗水平可达到15或16性能等级水平，与10型变压器相比，空载损耗降低68%。

SC型变压器使用历史较久，目前在干式变领域市场占有率达90%以上，SC型干式变压器的绝缘耐热等级一般只能达F级，过负载能力不如H级。用诺迈克纸作绝缘的新型SG10型变压器其绝缘耐热等级为H级，这里需要指出的是，SC10干变的负载损耗往往比SG10的略低，这是因为SG10的耐热等级高，绝缘允许温升高，因此高低压铜绕组的允许电流密度大于SC10的铜绕组，损耗相应略高。国标中负载损耗包封式（SC10）比非包封式（SG10）略低。

环氧树脂干式变压器由于损耗低、效率高、防潮性能好、防火难燃、运行维护成本低等优点，在国内取得了很大的发展。目前国内能生产最高电压35kV，最大容量20，000kVA的环氧树脂干式变压器。环氧树脂干式变压器是一种清洁环保的电力设备，寿命终结后完全可拆解并回收有价材料，回收利用率可达90%以上。已有成熟的处理技术和设备用于分离浇注线圈中的导体和树脂绝缘材料，拆解出的树脂绝缘材料可综合利用、燃烧（发电）或填埋处理等。10系列变压器总损耗比现行国标下降约19%，其中空载损耗下降达33%。

三、S7型与SC10型的对比

S7型变压器属于高耗能变压器，变压器自身损耗，主要来源于变压器铁芯材质和结构设计，S7型变压器的铁芯选用冷轧3.0硅钢片，结构设计采用斜角接缝工艺。SC10型变压器铁芯采用高导磁优质晶粒取向冷扎硅钢片，阶梯步进铁心接缝，芯柱采用绝缘带绑扎，铁芯表面采用特殊树脂涂覆以防潮防锈，不迭上轭等先进工艺以及计算机三维优化设计等，使其损耗比S7型变压器低70%左右。

SC10环氧树脂浇注干式电力变压器特点：

1.安全、不易燃烧、防火可直接安装在负荷中心；

2.免维护、安装简便、运行成本低；

3.防潮性好，可在100%湿度下正常运行；

4.损耗低、噪声低、局部放电量小；

5.散热好、过载能力强，风冷状况下，可过负载50%；

6.运行可靠，有完善的温度保护控制系统，可保证变压器安全运行，体积小、重量轻，结构稳定，抗突发短路能力强。

变压器在传输功率过程中自身要产生有功功率的损耗，这部分损耗只要变压器使用就会产生。用“变压器全年运行成本”这个参数，可反映出变压器运行一年所消耗的电费。现以水库35KV

2500

kVA电力变压器为例，对比S7型与SC10型的运行成本。

变压器全年运行成本计算公式如下：

Cp=[（2800xPo+1600xPk）+0.05x（2800xIoxPn+1600xUkxPn）]x0.72

Po：变压器空载损耗（KW）

Io：变压器空载电流（%）

Pk：变压器负载损耗（KW）

Uk：变压器短路阻抗（%）

Pn：变压器额定容量（kVA）

2800，1600：变压器全年运行空载，负载小时数（h）

0.05：无功当量

0.72：电费（元/kW·h）

这样年节约运行成本为：Cp=Cp7-Cp10=46692-22262.4=24429.6元。

从中可以看出，一台2500kVA的SC10型变压器运行一年后比S7型变压器节约24429.6元电费（0.72元/kW·h），其年运行成本比S7变压器下降52.3%。变压器是长期使用的设备，在整个使用期内低损耗变压器产生的效益将会很大，在电费逐年升高的趋势下经济效益将更加明显。如果水库完成6500kVA容量变压器的更新，节约的费用将是十分可观的。

四、结语

1.根据中华人民共和国国家经贸委员会第6号《淘汰落后生产能力工艺和产品的目录》中，S7型系列变压器为落后淘汰产品，明令1998年底前淘汰S7系列变压器。

2.使用新型电力变压器，虽初期投资略大，但若干年后就能因节能收回成本，更不用说环保效果了。环氧树脂浇注的干式变压器机械强度高，耐受短路能力强，防潮及耐腐蚀性能特别好，局部放电小、运行寿命长、损耗低、少维护、过负荷能力强，具备高安全可靠性及良好的环保特性。

3.降低变压器运行损耗、提高运行能效已是我国节能工作的当务之急。目前政府已将节能降耗情况作为一项重要指标，纳入经济社会发展的综合评价体系。结合投资与维护运营成本的比较，水库的变压器更新应确定为SC10型F级环氧树脂浇注的干式变压器。

作者简介：马善国（1976-），男，山东省德州人。中国海洋大学水利工程专业2011级在职研究生。主要研究方向：水利工程。