楊軍(大慶油田電力集團(tuán)供電公司)
大慶油田10kV級(jí)高耗能變壓器節(jié)能技術(shù)改造可行性研究
楊軍(大慶油田電力集團(tuán)供電公司)
大慶油田經(jīng)過幾十年的開發(fā),抽油機(jī)井遍布整個(gè)油田,其10 kV級(jí)配電變壓器有近4萬臺(tái)。目前大部分變壓器都是高耗能變壓器,屬淘汰、落后產(chǎn)品,S9、S11型等新型變壓器只有20%左右。電能通過變壓器和輸電線路要損失10%左右,而變壓器損耗約占7%,年變壓器損耗電量將達(dá)到十幾億kW·h,耗能是驚人的,同時(shí)也有很大的節(jié)能潛力。針對(duì)目前油田抽油機(jī)在用的各種高耗能變壓器現(xiàn)狀,對(duì)不同時(shí)期不同型號(hào)的產(chǎn)品的性能指標(biāo)進(jìn)行綜合分析,結(jié)合產(chǎn)品測試情況,提出節(jié)能技術(shù)改造方案并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析,為油田10 kV級(jí)高耗能變壓器產(chǎn)品節(jié)能技術(shù)改造提供參考。
10 kV級(jí)變壓器 高耗能 節(jié)能改造 可行性
D O I:10.3969/j.i ssn.2095-1493.2011.04.002
能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前,我國正處在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要階段,隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高,工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,能源需求將大幅度增加。人均能源資源占有量少、國內(nèi)保障程度低,從長遠(yuǎn)和總量上看能源供給不足是我國的基本國情。我國政府歷來重視節(jié)能工作,2007年2月,國家發(fā)改委、科技部修訂完成了《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱(2006年)》,提出重點(diǎn)研究、開發(fā)、示范和推廣的重大節(jié)能技術(shù),限制和淘汰高耗能工藝、技術(shù)和設(shè)備。修訂后的《大綱》在5.1.5條“建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng),加強(qiáng)無功補(bǔ)償,實(shí)施電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行技術(shù),降低電網(wǎng)損耗”中提出:“推廣生產(chǎn)和應(yīng)用低損耗變壓器、低能耗導(dǎo)線、金具等節(jié)能型配電設(shè)備及附件。2010年前,淘汰電網(wǎng)在役的S7型及“73”、“64”型高耗能變壓器設(shè)備?!薄吨袊?jié)能技術(shù)政策大綱》的發(fā)布實(shí)施,對(duì)推動(dòng)我國節(jié)能技術(shù)進(jìn)步,大力推廣應(yīng)用節(jié)能產(chǎn)品具有重要意義。
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國主要通用設(shè)備如工業(yè)鍋爐、各種電動(dòng)機(jī)、電力變壓器、風(fēng)機(jī)、泵、內(nèi)燃機(jī)、汽車等,年消耗能源占全國總能耗的50%以上,總體能源利用效率比國外先進(jìn)水平低10%~15%。采用高效節(jié)能變壓器,對(duì)在線變壓器進(jìn)行合理匹配,采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行節(jié)電技術(shù)勢在必行[1]。
大慶油田經(jīng)過50多年的開發(fā),抽油機(jī)井星羅棋布,其專用10 kV級(jí)配電變壓器有近4×104臺(tái),目前大部分采用‘64’、‘73’及S7型高耗能變壓器,S9、S11型變壓器只有20%左右。
按變壓器技術(shù)參數(shù)水平進(jìn)行分析,油田配電變壓器可分為四代產(chǎn)品。第一代變壓器稱為熱軋硅鋼片變壓器,是五六十年代生產(chǎn)的以仿蘇為主的老產(chǎn)品,按照J(rèn)B 500-1964部頒標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn),損耗高、效率低、性能差。相應(yīng)的產(chǎn)品有:SJ、SJ1、SJ2、SJ3、SJ4、SJL、SJL1型等變壓器,這些產(chǎn)品的鐵心材料都是熱軋硅鋼片,其性能參數(shù)都是落后的。第二代變壓器稱為冷軋硅鋼片變壓器,其基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是GB 1094—1971和GB 1094—1979及性能標(biāo)準(zhǔn)JB 1300~1301—1973合起來構(gòu)成中小型電力變壓器產(chǎn)品的中期標(biāo)準(zhǔn),又稱“73”標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)的產(chǎn)品有:S、S1、S2、S5、SL、SL1、SL3型等變壓器。第三代變壓器是20世紀(jì)80年代中期出現(xiàn)的低損耗節(jié)能型變壓器,基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)是GB 1094.1~5—1985,性能標(biāo)準(zhǔn)是GB 6451.1—1985《三相油浸電力變壓器基本技術(shù)參數(shù)和要求》。相應(yīng)的產(chǎn)品有:SL7、S7型等變壓器。至90年代末期,隨著冷軋硅鋼片材料性能的提高以及新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝的應(yīng)用,S7型變壓器也被視為高能耗產(chǎn)品,由S9型取而代之,它進(jìn)一步降低了變壓器的損耗,成為目前在油田運(yùn)行的主要節(jié)能變壓器之一。
由于油田有10 kV級(jí)高耗能變壓器近4×104臺(tái),電費(fèi)支出在油田噸油成本所占的比例逐年增大。為了降耗增效,自2000年以來,開展了10 kV級(jí)高耗能變壓器的節(jié)能技術(shù)改造,如SL、SL1、SJL、SJ、SL7、S7型等老型號(hào)變壓器的降耗改造工作。通過計(jì)算機(jī)專用設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),改變變壓器繞組參數(shù),變壓器磁通密度、電流密度,使電磁參數(shù)達(dá)到最佳匹配,從而大幅度降低了變壓器空載損耗和負(fù)載損耗。S7型改造后總損耗平均可降低30%以上,SL、SL1、SJL型總損耗降低將會(huì)更多。改造后通過產(chǎn)品質(zhì)量和性能檢測,變壓器整體技術(shù)水平達(dá)到國家低耗變壓器標(biāo)準(zhǔn)中的技術(shù)要求,節(jié)能效果顯著。累計(jì)改造了近百臺(tái)油田電網(wǎng)中的配電變壓器。
由于配電變壓器生產(chǎn)廠家較多,各家設(shè)計(jì)參數(shù)都有所不同,使改造變得復(fù)雜化,每臺(tái)需要改造的變壓器都要進(jìn)行原始性能測試。因變壓器型號(hào)不同,所采用的材質(zhì)也不同,導(dǎo)磁材質(zhì)分冷、熱硅鋼片,導(dǎo)線材質(zhì)分為鋁、銅線,對(duì)此改造時(shí)采用的方法也不同?,F(xiàn)除了由于變壓器生產(chǎn)年限較早、鐵心材質(zhì)較差,已沒有改造價(jià)值外,結(jié)合測試手段,對(duì)SL、SL1、SJL型變壓器和SJ、SL7、S7型變壓器制定了改造技術(shù)方案。
(1)更換高、低壓線圈,鋁線改為銅線,選取合適電流密度,達(dá)到降低負(fù)載損耗的目的。
(2)鐵心利舊,根據(jù)變壓器鐵心所采用的硅鋼片實(shí)際測試情況,對(duì)鐵心結(jié)構(gòu)不作任何改變,通過優(yōu)化設(shè)計(jì),選取合適的磁通密度,達(dá)到降低空載損耗的目的[2]。
(3)如果變壓器鐵心所采用的硅鋼片單位損耗較大,可以采用降低容量的方式。一般將額定容量降低到80%,基本可達(dá)到低損耗變壓器性能標(biāo)準(zhǔn)。該方法特別適用變壓器容量配置不合理的狀況,可改善“大馬拉小車”現(xiàn)象。
(4)變壓器油回收利用,變壓器油通過油再生技術(shù)進(jìn)行回收利用,降低改造成本。
(5)為了提高耐受短路力,絕緣材料選用了熱縮帶、點(diǎn)膠紙等新材料和一些新的組件和緊固件,提高了絕緣性能和變壓器過負(fù)載能力。
(6)更換各部密封膠墊、導(dǎo)線加緊木件等。
SL1型改造后與S9型的性能對(duì)比見表1。
表1 SL1型改造后與S9型性能對(duì)比
(1)SJ、SL7、S7型變壓器改造時(shí),鐵心窗口尺寸不變,保持變壓器容量不變。
(2)繞組如果是鋁線則改為銅線,繞組的填充系數(shù)小于或等于改造前舊繞組的填充系數(shù),繞組采用S9型結(jié)構(gòu)。
(3)在線圈設(shè)計(jì)過程中,通過選取合適的導(dǎo)線截面并適當(dāng)增加線圈匝數(shù),改變電磁參數(shù),達(dá)到降低空載損耗和負(fù)載損耗的目的。
SL1型改造后與S7型的性能對(duì)比見表2。
表2 S7型改造后與S9型性能對(duì)比
(4)在更換繞組降低鐵心磁密的同時(shí)可以改變鐵心疊積結(jié)構(gòu),把變壓器的二階交錯(cuò)接縫改為三階接縫,更進(jìn)一步降低空載損耗和空載電流。對(duì)于硅鋼片材質(zhì)和鐵心制造工藝較差的變壓器,可以更換部分鐵心硅鋼片以達(dá)到S9型的標(biāo)準(zhǔn)要求。
表3 S7型與S9型變壓器運(yùn)行一年耗電費(fèi)用比較
(5)其他技術(shù)要求與3.1中的(4)、(5)、(6)類似。
總之,通過理論和實(shí)際改造證明,高耗能變壓器根據(jù)不同型號(hào)、不同材質(zhì),經(jīng)過不同的優(yōu)化設(shè)計(jì)后,改變電磁參數(shù)、更換參與電磁變換的繞組,降低空載損耗和負(fù)載損耗,在技術(shù)上是可行的。S7型與S9型變壓器運(yùn)行一年耗電費(fèi)用的比較見表3,S7型改S9型所需材料見表4[3]。
高耗能變壓器改造體現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計(jì)為主、選材與工藝相輔的結(jié)果,使產(chǎn)品性能和結(jié)構(gòu)方面都能達(dá)到S9型的水平,符合GB/T 6451—2008《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》之規(guī)定,并可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。
(1)高耗能變壓器為油田節(jié)能工作開辟了一條新途徑。就S7型變壓器改造前后對(duì)比來說,其空載損耗平均降低10.40%,負(fù)載損耗平均降低24.43%,平均年節(jié)電3 573元/臺(tái),運(yùn)行費(fèi)用平均下降18.66%。若比對(duì)改造前后的SL、SL1、SJL型等變壓器,其節(jié)電效果將會(huì)更好,社會(huì)效益將更大。
表4 S7型改S9型變壓器所需的材料
(2)可以節(jié)省購置新設(shè)備的投資,大量的高耗能變壓器的重新利用,符合國家能源政策要求。
(3)改造投資少,見效快,回收年限短,平均費(fèi)用只相當(dāng)于新產(chǎn)品的44.78%。
(4)由于變壓器型號(hào)復(fù)雜、容量較多,必須根據(jù)單臺(tái)變壓器實(shí)測情況逐一進(jìn)行設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)工作量較大,且每臺(tái)改造工藝流程也各不相同,相對(duì)增加了一定的人工成本。
[1]張國治,李魁生.低損耗變壓器的維護(hù)和檢修[M].北京:中國電力出版社,1987.
[2]邱士儀.電力設(shè)備可靠性維修[M].北京:中國電力出版社,2004.
[3]董其國.電力變壓器故障與判斷[M].北京:中國電力出版社,2001.
楊軍,2001年畢業(yè)于哈爾濱工程大學(xué),工程師,從事變壓器檢修、維護(hù)工作,E-mail:Yangjunabc1234@163.com,地址:大慶油田有限責(zé)任公司電力集團(tuán)供電公司,163453。
2011-04-29)