李卫华
摘要：S6、S7系列变压器是按照20世纪六七十年代标准设计的产品，损耗非常高，如果花一定投资用S9、S11去替换老旧变压器，必定会获得很大的经济效益。依不同容量计算，购置S9、S11变压器去替换老旧变压器的投资回收一般只需2～3年（未计旧变压器回收费和拆装费条件），其节能潜力巨大。
关键词：变压器；节能；经济；效能；损耗；环保
中图分类号：TM4文献标识码：B文章编号：1004一7948(2006)07一0049一03
1引言
随着工农业生产的发展和百姓生活水平的提高，社会对电能的需求量正在逐年增加，而近年来又恰逢我国大部分地区雨水偏少而且分布不均，使得多数地区水库的蓄水量明显不足，水力发电已处于超负荷运行状态，加之煤又是不可再生的有限资源等因素，致使各地电力供需矛盾日显突出，许多城市经历了电荒，拉闸限电时有发生，制约了地区经济和社会的可持续发展。为了扭转这一局面，各级政府已经采取行动，提出了许多有关节能节电的新举措。在这样的大氛围下，广大企业更应大力挖掘节电潜力，例如推广节能灯、实施绿色照明、更换老旧变压器、推广高效电动机等，都可以取得很大的成效，就用电行业来说，开发变压器的节能潜力很大。
2变压器的节能潜力
我国配电变压器通常是指电压为35kV和10kV及以下、容量为6300kVA以下直接向终端用户供电的电力变压器。目前全国网上运行的配电变压器总电能损耗约为450亿kWh，约占全年我国总发电量的3.2%。尽管配电变压器已是高效率的设备（达95%～99%），但由于其数量巨大和空载耗电的固定性，变压器效率即便有微小的改进也能获得相当大的能源节约及温室气体的减排，因此其本身存在着巨大的节能潜力。
20世纪90年代后期，由于受到城乡电网改造工程的拉动，电力变压器行业保持了良好的发展势头。根据2004年调查统计数据，全国在用变压器总容量为27.7亿kVA。在网上运行的35kV和10kV配电变压器总容量为14.09亿kVA，其中役龄超过20年的S6型和S7型系列高损耗变压器的总容量为2.31亿kVA。这些变压器是按照20世纪六七十年代标准设计的产品，损耗非常高，如果花一定投资用S9,S11去替换老旧变压器，必定会获得很大的经济效益。依不同容量计算，购置S9,S11变压器去替换老旧变压器的投资回收一般只需2～3年（未计旧变压器回收费和拆装费条件），其节能潜力巨大。
随着市场经济的发展和科技的不断进步，新材料、新工艺的广泛应用，新的低损耗配电变压器相继开发成功。国内许多变压器制造厂商投入了大量资金引进国外先进的制造技术及设备，不断研制开发低损耗变压器和各种结构形式的变压器，如油浸变压器已出现了比新S9系列更节能的S10、S11系列，新型干式变压器的SC9系列以及非晶合金铁芯等低损耗产品都显示了我国配电变压器的节能潜力。
重点用电行业变压器老化严重。钢铁、水泥、化肥、氯碱、电解这5个重点用电行业的配电总保有量为87689台，总容量为18225.5万kVA。其中役龄超过20年的S6和S7系列高损耗配电变压器的总容量为2204万kVA。大型企业中变压器老化严重，但过去5年中这些老旧高损耗配电变压器的替换水平平均每年仅有1.5%，远远落后于老化速度。而未来5年计划的替换水平平均每年仅有0.45%。
由于老旧变压器拥有量大，大型企业将是替换老旧变压器的主要收益者。与新型的S9变压器相比，役龄超过20年的S6和S7系列平均每kVA容量每年比S9系列多耗电70kWh以上。如果用S9系列变压器替换这些S6和S7标准的老旧变压器，以上5个重点用电行业每年可节电15.428亿kWh。这些工业企业每年可因此而降低成本7.7亿元。替换老旧变压器后，5个行业中每个大型企业的平均年节能效益如下：电解行业519万元；化肥行业167万元；水泥行业61万元；氯碱行业173万元；钢铁行业472万元。就秦皇岛港务局范围内的47台S6,S7系列变压器，如果用S9系列变压器替换，每年可节约电费32万元。
替换老旧高损耗变压器，不仅能给变压器用户企业带来经济效益，还能带来一系列社会效益。在环境效益方面，因节电可降低发电厂CO2的排放量127万t/a,SO232t/a，对环境保护的推动意义巨大。
3变压器经济效益分析
在电网中使用且役龄超过20年的老旧变压器仍约占10％以上。这些变压器是按照20世纪60和70年代当时标准设计的产品，损耗非常高。与当前的S9、S11系列相比，平均损耗高100％以上，节能潜力巨大。对于企业来说，如何从长远的经济效益出发，确定适当的变压器效率水平，以及是否应该用节能变压器替换高效能变压器，是变压器选购和管理中亟待解决的问题之一。
国际上有许多评价变压器能效的方法，所有的方法都要求比较变压器价格及其损耗费用。TOC法在美国于1981年发展成为工业标准。按照TOC标准购置变压器一直沿用至今。TOC方法是总和变压器的初始费用和等价现值的损耗费用来表达所购变压器全面的综合费用。我们用TOC法曾评述过配电变压器S9和S7型的经济效益，比较结果说明了S9变压器价格虽高于S7约20%，但损耗指标比S7低约21%，S9所多支付的资金可以在2～3年内从节约的损耗电费中收回。同样，用S9变压器更换1980年前的老旧变压器，效益对比结果表明，在只支付S9的设备费用而不计老旧变压器回收价值的条件下，投资S9的资金也可以在2-3年内从节约的电费中得到偿还。以下简单介绍几种比较方法。
3.1总拥有费用法，简称TOC(TotalOwningCost)
总拥有费用法是一种评价变压器能源效率比较全面的方法，无论对于电力企业还是非电力企业用户，都能通过此方法比较变压器的总拥有费用，从而达到节约资金的目的。所谓总拥有费用（TOC），就是变压器的初始投资和其在使用期内的损耗费用之和。总拥有费用法通过比较具有不同效率水平和不同价格变压器的总拥有费用，按照总拥有费用最低来选择变压器的效率水平。
3.1.1TOC的计算公式
TOC＝C＋A×PNL＋B×PLL
式中PNL一变压器额定空载损耗或铁损，kW；PLL一变压器额定负载损耗或铜损，kW；A一变压器寿命期间空载损耗的资本费用（查表可知），元/kW；B一变压器寿命期间负载损耗的资本费用（查表可知），元/kW；C一变压器初始费用（方案对比时可只用其设备价格），元。
3.1.2计算式参数的确定
空载损耗PNL=P0+Kq0=P0+K(I0%Se/100)
负载损耗PLL=Pf+KQf=Pf+K(Ud%Se/100)
式中P0一变压器额定空载有功损耗（即铁损），kW；Q0一变压器额定励磁功率，kvar；Pf一变压器额定负载有功损耗（即铜损），kW；Qf一变压器额定负载励磁功率，kvar；K一无功经济当量，按变压器在电网中的位置取值，一般可取K=0.1kW/kvar；I0％一变压器空载电流率；Ud％一变压器阻抗电压率；Se一变压器额定容量，kVA。
3.1.3TOC一法的计算举例
计算S9一800/10与S11一800/10变压器的总拥有费用比较，使用年限20年，变压器运行在有色冶炼厂，三班制生产，变压器的负载率为75%。
(1)变压器额定空载及负载损耗
①空载损耗PNLS9=P0+KQ0=K(I0%Se/100)＝1.40+0.1×0.008×800=2.04kW；
同理，PNLS11＝1.62kW。
②负载损耗PLLS9=Pf+KQf=Pf+K(Ud%Se/100)=7.5+0.1×0.045×800=11.1Kw；
同理，PLLSIt＝11.09kW。
(2)变压器空载与负载的损耗费用（使用期限20年）
查表可得（有色冶炼行业，负载率为75%）：A＝48672元／kW,B＝17668元／kW。
①空载损耗费用：S9变压器为A×PNIS9=2.04×48672＝99291元；
S11变压器A×PNLS11=1.62×48672＝78849元。
②负载损耗费用：S9变压器B×PLLS9=11.1×17668＝196115元；
S11变压器B×PLLS1＝11.1×17668＝196115元。
(3)变压器单价：S9为63640元；S11为70004元。
(4)使用期20年的TOC一总拥有费用
TOCS9=63640+99291+196115＝359046元；
TOCS11＝70004+78849+195938＝344968元。
由此可见，TOCS11 3.2投资回收年限法
3.2.1简单计算，即不考虑资金的时间因素只计算支出费用
投资价差回收年限＝两种变压器投资价差／两种变压器年耗电费用价差
3.2.2考虑资金时间价值的回收年限计算
计算两变压器（两方案）总拥有费用相等时使用年数N值，便得计及资金时间价值的回收年。
计算式（两变压器的TOC值相同时）为：两种变压器投资价差＝KPW×两种变压器年耗电费用价差。
此处的KPW是两种变压器投资价差和年耗电费用价差相等时的现值系数。
故KPW＝两种变压器投资价差／两种变压器年耗电费用价差。
假设，通货膨胀率n=0，年利率i=0.07，依据现值系数KPW公式算出N值，有：
N＝log(1－0.07KPW)/log
3.2.3回收年计算举例
用S9型的35kV、3150kVA变压器更换Si型的35kV、3200kVA老旧变压器，计算S9更换时投资的回收年限。投资只计算购置S9变压器费用179800元；未计入更换下来S1老旧变压器的回收价值和更换过程中的拆装费用。使用条件为三班制生产，变压器负载率为75%。
(1)简单计算更换时投资的回收年
①分别计算出两变压器的损耗值
SJ变压器空载损耗PNL=P0+KQ0=11+0.1×0.04×3200＝23.8kW；
负载损耗PLL=Pf+KQf=37+0.1×0.055×3200＝54.6kW。
S9变压器空载损耗PNL=P0+KQ0=4.5+0.1×0.01×3150＝7.65kW;
负载损耗PLL=Pf+KQf=22.0+0.1×0.07×3150＝44.05kW。
②从《国际电气协会资料集》查得有色冶炼行业的A、B值：A=48672,B=17668，乘以资金回收系数(1/KPW)，此处KPW＝10.59
S9的回收年＝S9变压器购置费/SJ与S9变压器损耗费价差＝179800/｛/10.59｝＝1.96年。
(2)计算资金时间价值的回收年
KPW＝两种变压器投资价差／两种变压器年耗电费用差＝(179800－0)/(200478.4－108651.2)＝1.96年。
将KPW=1.96代入现值系数的计算式，便可得到计入计算资金时间价值的回收年N=log(1－0.07×1.96)÷log＝2.18年。
4结束语
由以上举例可以看出，更换老旧变压器的节能潜力巨大，节能效果明显，对当前提出的建立节约型社会、建立节约型企业有很重要的意义，但是由于人们还意识不到这一点，认为新变压器需要重新投资，老旧变压器只要不报废就可以一直用下去。这种不考虑变压器本身的消耗，也没有计算两者的节能效益及投资新变压器回收年限的观点是不科学的。所以，提高人们的节能意识和责任意识、宣传推广节能措施具有重要的价值。
1998年，国家计委、原国家科委及原第一机械工业部在“第十八批节能机电产品推广项目和十七批淘汰产品目录”中明确规定了禁止生产和销售S7系列变压器产品，推荐使用S9系列节能变压器。2000年年初，原国家经济贸易委员会和国家发展计划委员会联合颁布的《节约用电管理办法》中明确指出，要加速变压器的更新改造、推广节能型变压器。这是我国政府第一次将变压器的节能改造工作列入相关的法律法规中。2002年1月，原国家经济贸易委员会和国家质量技术监督局启动了变压器能效标准的制定工作。该标准的制定将进一步有助于规范变压器市场、促进节能型变压器产品的应用和发展。