非晶合金变压器在火电厂的节能应用

 非晶合金变压器的发展应用情况
美国是世界上最早研制和使用非晶合金配电变压器的国家。1982年第一台非晶变压器就正式运行，并批量生产，目前至少有100多万台非晶合金铁心配电变压器挂网运行。为了推广非晶合金配电变压器，美国政府采取了包括“能源之星”计划在内的一系列配套措施。现在，无论在非晶合金配电变压器的生产和应用上，都处在世界上的前列。
非晶合金配电变压器在德国、英国、法国、荷兰、比利时等西欧国家都有大量应用。近年来，出于环境保护和节能的目的，波兰、匈牙利等也大力推广采用非晶合金配电变压器。
亚洲国家中，日本非常重视非晶合金配电变压器的开发和生产，日立公司是世界第一的非晶合金材料生产商。1999年的日本节能大奖和2001年的日本机械工业会长奖都授给了新开发的非晶合金配电变压器。还在1999年把采用非晶合金等损耗更低的配电变压器定为节能型。2005年，日本规定所有配变必须使用非晶合金变压器，在配电领域彻底淘汰相对高耗能的硅钢变压器。印度从1992年就开始批量生产非晶合金配电变压器。在政府资助下，每年向农村电网投入上万台非晶合金配电变压器。印度农村电网中非晶合金配电变压器的拥有量已占配电变压器总量的20%。东南亚的马来西亚、印尼、菲律宾、泰国等国和南亚的孟加拉、尼泊尔等国都在积极推广应用非晶合金配电变压器。有的已向电网投入几万台非晶合金配电变压器，有的每年都要采购上千台非晶合金配电变压器。例如：孟加拉国2003年10月至2004年4月招标的农村用单相非晶合金配电变压器共计10960台。
我国从1998年开始批量生产非晶合金变压器，目前至少有几万台非晶合金变压器挂网运行。随着对节能减排的重视与日俱增和国家鼓励使用非晶合金变压器的具体优惠政策出台，非晶合金变压器近年来的使用量已经开始呈现快速上升趋势。由于看好非晶合金配电变压器巨大市场，国家电网直属综合性科研单位国网电科院通过增发成为了国内最大的非晶合金配电变压器生产商置信电气的第一大股东。与此同时，还与世界第二的非晶合金材料生产商安泰科技共同出资设立合资公司。国网同时与非晶合金配电变压器上下游厂商合作，表明了其加快推广非晶合金变压器的意愿。作为理想的节能设备，非晶合金变压器在国内将具有广阔的应用前景。
非晶合金变压器在火电厂的节能应用探究
在《火力发电厂设计技术规程 DL/T 5000-2000 》中第13.3.15：当低压厂用备用电源采用专用备用变压器时，容量为125MW及以下的机组，低压厂用工作变压器的数量在八台及以上，可增设第二台低压厂用备用变压器;容量为200MW的机组，每两台机组宜设一台低压厂用备用变压器;容量为300MW及以上的机组，每台机组宜设一台低压厂用备用变压器。
当低压厂用变压器成对设置时，互为备用的负荷应分别由两台变压器供电，两台互为备用的变压器之间不应装设备用电源自动投入装置。远离主厂房的Ⅱ类负荷，宜采用邻近两台变压器互为备用的方式。采用互为备用的低压厂用变压器不应再设专用的备用变压器。
变压器损耗计算公式
(1)有功损耗：ΔP=P0+KTβ2PK-------(1)
(2)无功损耗：ΔQ=Q0+KTβ2QK-------(2)
(3)综合功率损耗：ΔPZ=ΔP+KQΔQ----(3)
Q0≈I0%SN，QK≈UK%SN
式中：Q0——空载无功损耗(kvar)
P0——空载损耗(kW)
PK——额定负载损耗(kW)
SN——变压器额定容量(kVA)
I0%——变压器空载电流百分比。
UK%——短路电压百分比
β——平均负载系数
KT——负载波动损耗系数
QK——额定负载漏磁功率(kvar)
KQ——无功经济当量(kW/kvar)
上式计算时各参数的选择条件：
(1)取KT=1.05;
(2)对城市电网和工业企业电网的6kV～10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ=0.1kW/kvar;
(3)变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β=20%;对于工业企业，实行三班制，可取β=75%;
(4)变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数：t=5500h;
(5)变压器空载损耗P0、额定负载损耗PK、I0%、UK%。
由于无功损耗ΔQ比有功损耗ΔP小很多，为方便计算对比，我们以有功损耗ΔP代替综合功率损耗ΔPZ(图1)。
从图1中可以看出非晶变压器比传统SCB12型，SCB10型变压器效率更高，是一种高效节能变压器。下面我们通过计算来看看非晶变压器的节能效果。
根据《火力发电厂设计技术规程》规程，在现代火电厂中，单独设置的低压厂用备用变压器(实际上在一般电厂中都处在热备用状态)全年大部分时间都是处于空载运行方式，因此(以1000KVA/10(6)KV-0.4KV配电变压器SCBH15与传统SCB10对比)：
非晶SCBH15全年损耗：365×24×0.55=4818(度) 传统SCB10全年损耗：365×24×1.77=15505(度)
非晶SCBH15全年损耗比传统SCB10全年损耗少10687.2(度)，20年少21.37万(度)。
当低压厂用变压器成对设置，互为备用的负荷应分别由两台变压器供电的情况下《在火电厂中，380伏工作A(B)变，380伏公用A(B)变，380伏制冷A(B)变，380伏排水A(B)变，380伏脱硫、硝A(B)变，380伏除尘A(B)变，380伏除灰、渣A(B)变，380伏化学A(B)变，380伏燃料A(B)变，380伏循环水泵房A(B)变等都是属于这种情况》：这时每台变压器的实际负载率在40%以下，还是以1000KVA/10(6)KV-0.4KV配电变压器SCBH15与传统SCB10对比为例：
非晶SCBH15全年损耗：365×24(0.55+1.05×0.4×2×7)=56327(度)
传统SCB10全年损耗：365×24(1.77+1.05×0.4×2×8.13)=75329(度)
非晶SCBH15全年损耗比传统SCB10全年损耗少19002(kwh)，20年少38万(度)。
由上述计算可以看到，假如在一个火电厂使用非晶合金配电变压器的话，一年将比传统配电变压器节省几十万度的电量。因此值得大力推广使用(见图2)。
非晶合金变压器在火电厂中应用前景
在火电厂中非晶合金变压器至今没有得到充分应用的原因主要有：(1)容量小;(2)抗短路能力;(3)在我国应用时间短。(4)成本高。
由于非晶合金片材长度的限制以及变压器本身结构的因素，非晶合金变压器在产品容量上无法做大，目前国内非晶合金干式变压器最大的2500kVA在常熟某厂已运行8年，世界上最大容量的非晶合金变压器容量为5000kVA，已满足了火电厂厂用低压变压器要求。在抗短路能力方面，大容量非晶合金干式变压器生产工艺难度大、承受短路能力相对偏弱、由于非晶合金铁心极其敏感，其结构上的特殊性决定了非晶合金干式变压器的受力不如传统的变压器好。因此，“承受突发短路能力试验”成了制约非晶合金变压器的生产制造及销售推广的瓶颈。国内公司试制的2500千伏安非晶合金变压器。已经通过国家变压器质量监督检验中心的包括“短路承受能力试验”在内的全套例行、型式、特殊试验，取得试验合格证书。非晶合金铁心配电变压器在国外早已使用并取得了成功经验，我国的产品制造技术已基本成熟，产品可靠性有保障，完全可以满足用户需要。应用非晶变压器符合国家政策导向。由于铜价和硅钢的价格上涨，而非晶合金材料的价格波动较小及实现规模化生产后带来的产品成本降低，使得两者的价格差距迅速缩小，也有利于推动非晶合金变压器代替常规变压器的使用。另外，财政部 、发改委和工信部联合发布了《节能产品惠民工程高效节能配电变压器推广实施细则》，其中能效一级的干式非晶变补贴标准为40元/kVA。以一级能效的315kVA非晶变为例，市场价格约为4.5万元/台，而补贴金额为9450元/台，为产品价格的21%。因此，在财政补贴后，阻碍非晶变推广使用的最大障碍(价格高于S11型变压器约10%-30%)得到根本解决，考虑到使用过程中节能效果，更加突出了非晶变的经济性。可以预见，非晶合金变压器在火电厂中的应用将越来越广范。