农村电网升级改造项目变压器选型及规划应用探索

 随着国家对农村地区经济建设和社会发展水平要求的不断提高，农村地区社会投资总量大幅增长，为满足日益增长的经济发展需求和负荷集聚效益，原有的电力设施设备必须要进行科学严谨的升级换代，如何将有限的农村电网建设资金和最大限度提高电网安全稳定发展相结合，在现有变压器设备及配套设施基础上进行科学的可持续性的规划应用，是农村电网发展建设必须面对的一个重大课题。

一、农村电网升级改造项目变压器的应用情况

自国家电网公司开展“村村有电、户户通电”的农村电网建设工程以来,经过几十年电力人的不断努力和探索，我国农村地区从部分无电、到全部有电、电网可靠、再到优质供电、优质服务，乡镇重点区域10分钟缴费圈，农村电网建设得到质的飞跃。电网设备设施在不断的升级换代过程中，从最简单的简易变压器到配套设备的系统变压器，再到节能低耗的智能变压器，电网设备的运行维护水平也得到全面的提高。但由于建设时间长，不同区域建设条件差异不均，各管理单位建设标准不统一，变压器应用型号繁杂，规格不一，部分偏远地区还存在S7及以下高耗能变压器，给农村电网设备的统一运行管理带来很多障碍和制约。

同时，S9、S11、S15等较为先进的变压器的应用推广工作虽然逐步开展，但是没有明确的规划选型和应用标准，对农村电网的建设水平也带来一些困扰。

二、现阶段主要变压器性能综述

在建设能源节约型社会的大的发展背景下，现阶段按照国家电网公司的统一建设标准，农村电网建设发展中高耗能的s9以下的变压器经过近几年的农网升级改造项目集中进行了更换和淘汰。目前，农村电网使用的变压器集中在S9、S11两种类型上，而S11为近些年大量使用的主要产品。同时，较为先进的S15型变压器也逐渐加入到电网建设之中。

1.S11型变压器主要特征综述(1)

1.1 结构特点

S11系列配电变压器铁心为圆形三级接缝叠片结构，对产品绝缘结构进行了一些局部改进，扩大了高压圆筒式绕组的应用范围，改变了高压和低压绕组端面的有效支撑，采用了新的吊板和引线的夹持方式等等。同时，采用了一些新材料、新组件和新的紧固件等，使产品在性能和结构方面都达到一个较高的水平。S11系列低损耗配电变压器按铁心材料和结构的不同，有以下三种:

(1)叠积式铁心结构的S11系列配电变压器。在S9型产品结构与制造经验的基础上，开发的叠片式S11系列配电变压器，采用优质取向冷轧硅钢片，采用新的叠片形式，改善了磁路结构。该系列产品在生产制造上可以充分利用现有设备资源，不必增加新的设备和新的投入;产品结构相对S9型产品没有大的变化，可以充分发挥原有制造经验，有利于保持产品质量的稳定。

(2)非晶合金铁心的S11系列配电变压器。非晶合金材料片极薄，磁密低，硬度是硅钢片的5倍，加工剪切很困难，一般是以边缘剪切处加温而获得良好的剪切面，故非晶合金变压器铁心截面呈长方形，相应地绕组也呈长方形。单相非晶合金铁心变压器的铁心结构是一个框，三相变压器的结构是由四个框合并成类似三相五柱式结构，一般三相非晶合金变压器的高压联结组为D接法。

(3)R型卷铁心结构的S11系列配电变压器。应用电子计算机技术，将冷轧取向硅钢片经过专用计算机控制的曲线滚剪机加工，裁剪成一条宽度连续变化的线性钢带，再卷绕成封闭形铁心，其截面形状近似为纯圆形，故称为R型铁心。用这种铁心制成的R型铁心变压器的结构特点有:

①铁心。三相R型铁心变压器的铁心结构是由两个长方形其截面为内凸的铁心和包围在其外的截面为外凸的铁心组成的三相带外框双框卷铁心。

②绕组。R型铁心变压器的高低压绕组是在铁心柱上直接绕制的，因此，一般采用层式或螺旋式线圈，层间绝缘全部采用网格点胶纸，绕组同心度好，径向机械强度高。

③器身。采用新的器身绕组端面有效支撑结构，夹件上的吊板和箱盖下的吊板各开可移动的槽孔，解决器身悬空顶箱盖问题。

④油箱。油箱有管状散热器油箱、片式散热器油箱、波纹油箱等几种。

1.2 性能对比

S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构，相比S9有以下几个特点:

(1)硅钢片续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%～80%，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。

(2)连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20%～35%。

(3)卷铁心经退火工艺后，其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。

(4)卷铁心结构成自然紧固状态，无需夹件紧固，避免了因铁心夹紧所带来的铁心性能恶化，损耗增加。

(5)卷铁心自身是一个无接缝的整体，且结构紧凑，在运行时的噪音水平降低到30～45dB，保护了环境。因此，很适合于建筑物内和生活区安装使用。

(6)卷铁心节约加工材料，硅钢片无横剪工序，边角废料少，材料利用率比S9型叠铁心变压器高。

1.3 卷铁心变压器的缺点:一是铁心退火工艺要求较高;二是铁心卷绕和线圈绕制需要专用设备;三是铁心和绕组维修较困难。

2.非晶合金变压器的经济效能分析

非晶合金变压器的设计磁密、叠片系数较低，因此在材料用量方面比硅钢片铁芯变压器高，同时由于非晶合金材料本身的价格昂贵，因此非晶合金变压器的初始投资成本较高，这也是用户对非晶合金变压器望而却步的主要原因。但从另一个角度进行分析，由于铁芯中的损耗可降低70%～80%，则运行中的电能消耗明显降低，即运行成本下降了，运行成本的降低可补偿由于购买设备造成的成本增加。根据国际通用的变压器经济效益的评价方法，变压器的能效采用总拥有费用和投资回收年限两个指标进行判断。

2.1 总拥有费用法(2)

总拥有费用(TOC)法是综合了变压器的初始费用和等价现值的损耗费用，能够充分表达所购变压器全面的综合费用。计算公式如下：

TOC=C+A×(Po+k×(Io×Se/100))+B×(Pk+k×(Uk×Se/100))

式中C——变压器设备价格;

A——每千瓦空载损耗费用;

B——每千瓦负载损耗费用;

Po——空载损耗，kW;

Pk——负载损耗，kW;

Io——空载电流，%;

Uk——短路阻抗，%;

Se——额定容量，kVA;

k——无功经济当量，取0.1kW/kVA。

根据我国变压器现行的负载率与电价的情况，A取48672元/kW，B取17668元/kW。

以额定容量为500kVA的变压器为例，对S9型变压器与SBH11型非晶合金变压器进行对比，设备的使用年限为20年，假设两种设备的差价为11500元，负载损耗相同，则非晶合金变压器可节约的费用为：

ΔTOC=ΔC+A×[ΔPo+k×(ΔIo×Se/100)]

=-11500+48672×((0.96-0.24)+0.1×(0.01-0.004)×5)

=23690元

注：由于系数A、B的计算过程较为复杂，在此不再赘述;设备的差价随材料价格的变化而发生较大的变化。

2.2 投资回收年限

计算公式如下：

n=log(1-0.07kPW)/log[1/(1+0.07)]

式中kPW=变压器设备差价/变压器年耗电费用差价

仍以额定容量为500kVA的变压器为例进行计算，可知所增加的额外投资在4年左右就可以收回：

kPW=11500/{48672×[0.96-0.24+(0.1×0.01×0.004×5)]/10.59}=3.46年

n=log(1-0.07×3.46)/log[1/(1+0.07)]=4.09年

由此可见，虽然设备的初始投入较高，但就总体而言，非晶合金变压器仍具有相当可观的经济效益。随着硅钢片价格的上涨，非晶合金变压器与普通硅钢片铁芯变压器的价格差距将进一步缩小。

三、未来农村电网变压器应用规划的选型探索

农村区域主要集中在城市郊区、县市乡镇和边远农牧区、山区等供电区域， 根据国家电网公司对全国供电区域的划分标准，建设标准应该为B\C\D类地区建设标准。

结合各区域经济发展水平和负荷增长趋势，建议在不用区域采用不同型号的变压器设备

1.B类地区(城市郊区)宜采用S15型及以上变压器，便于智能化建设，便于统一管理、运维。

2.C类地区(县城乡镇、及县城郊区)宜采用S11及以上变压器。

3.D类地区(农牧区、边远农村地区)宜根据地区经济发展水平和地区发展规划对有明确发展规划的区域采用S11及以上变压器，对待开发和实行保护开发的区域采用S9及以上变压器。

4.变压器的选型应坚持灵活应用，适度超前的原则，以节能降耗为主要原则，兼顾运维便利、系统安全、电网稳定。

四、结论

在建设能源节约型社会的大的发展背景下， 深入落实党中央国务院新农村建设工作要求，提高农村地区电力能源保障综合能力，切实以规划引领计划项目，科学规划、严谨选型、打造智能化坚强电网，是推动农村经济社会发展的最重要保障。

参考文献：

【1】《S9、S11型配电变压器结构特点及性能介绍》—风险管理世界网-安全员之家

【2】《非晶合金变压器的节能效能及应用》—李旭玲

作者简介：

李宁,男，1981年3月，博士研究生在读，研究方向：少数民族经济与规划、电力系统规划与设计。高级工程师，宁夏回族自治区作家协会会员，宁夏回族自治区电力电子及建设项目招评标专家、国家电网公司招投标专家。现供职于国网银川供电公司发展策划部。

原标题:农村电网升级改造项目变压器选型及规划应用探索