隨著國家對農村地區(qū)經(jīng)濟建設和社會發(fā)展水平要求的不斷提高，農村地區(qū)社會投資總量大幅增長，為滿足日益增長的經(jīng)濟發(fā)展需求和負荷集聚效益，原有的電力設施設備必須要進行科學嚴謹?shù)纳墦Q代，如何將有限的農村電網(wǎng)建設資金和最大限度提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定發(fā)展相結合，在現(xiàn)有變壓器設備及配套設施基礎上進行科學的可持續(xù)性的規(guī)劃應用，是農村電網(wǎng)發(fā)展建設必須面對的一個重大課題。
一、農村電網(wǎng)升級改造項目變壓器的應用情況
自國家電網(wǎng)公司開展“村村有電、戶戶通電”的農村電網(wǎng)建設工程以來,經(jīng)過幾十年電力人的不斷努力和探索，我國農村地區(qū)從部分無電、到全部有電、電網(wǎng)可靠、再到優(yōu)質供電、優(yōu)質服務，鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點區(qū)域10分鐘繳費圈，農村電網(wǎng)建設得到質的飛躍。電網(wǎng)設備設施在不斷的升級換代過程中，從最簡單的簡易變壓器到配套設備的系統(tǒng)變壓器，再到節(jié)能低耗的智能變壓器，電網(wǎng)設備的運行維護水平也得到全面的提高。但由于建設時間長，不同區(qū)域建設條件差異不均，各管理單位建設標準不統(tǒng)一，變壓器應用型號繁雜，規(guī)格不一，部分偏遠地區(qū)還存在S7及以下高耗能變壓器，給農村電網(wǎng)設備的統(tǒng)一運行管理帶來很多障礙和制約。
同時，S9、S11、S15等較為先進的變壓器的應用推廣工作雖然逐步開展，但是沒有明確的規(guī)劃選型和應用標準，對農村電網(wǎng)的建設水平也帶來一些困擾。
二、現(xiàn)階段主要變壓器性能綜述
在建設能源節(jié)約型社會的大的發(fā)展背景下，現(xiàn)階段按照國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一建設標準，農村電網(wǎng)建設發(fā)展中高耗能的s9以下的變壓器經(jīng)過近幾年的農網(wǎng)升級改造項目集中進行了更換和淘汰。目前，農村電網(wǎng)使用的變壓器集中在S9、S11兩種類型上，而S11為近些年大量使用的主要產(chǎn)品。同時，較為先進的S15型變壓器也逐漸加入到電網(wǎng)建設之中。
1.S11型變壓器主要特征綜述(1)
1.1 結構特點
S11系列配電變壓器鐵心為圓形三級接縫疊片結構，對產(chǎn)品絕緣結構進行了一些局部改進，擴大了高壓圓筒式繞組的應用范圍，改變了高壓和低壓繞組端面的有效支撐，采用了新的吊板和引線的夾持方式等等。同時，采用了一些新材料、新組件和新的緊固件等，使產(chǎn)品在性能和結構方面都達到一個較高的水平。S11系列低損耗配電變壓器按鐵心材料和結構的不同，有以下三種:
(1)疊積式鐵心結構的S11系列配電變壓器。在S9型產(chǎn)品結構與制造經(jīng)驗的基礎上，開發(fā)的疊片式S11系列配電變壓器，采用優(yōu)質取向冷軋硅鋼片，采用新的疊片形式，改善了磁路結構。該系列產(chǎn)品在生產(chǎn)制造上可以充分利用現(xiàn)有設備資源，不必增加新的設備和新的投入;產(chǎn)品結構相對S9型產(chǎn)品沒有大的變化，可以充分發(fā)揮原有制造經(jīng)驗，有利于保持產(chǎn)品質量的穩(wěn)定。
(2)非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器。非晶合金材料片極薄，磁密低，硬度是硅鋼片的5倍，加工剪切很困難，一般是以邊緣剪切處加溫而獲得良好的剪切面，故非晶合金變壓器鐵心截面呈長方形，相應地繞組也呈長方形。單相非晶合金鐵心變壓器的鐵心結構是一個框，三相變壓器的結構是由四個框合并成類似三相五柱式結構，一般三相非晶合金變壓器的高壓聯(lián)結組為D接法。
(3)R型卷鐵心結構的S11系列配電變壓器。應用電子計算機技術，將冷軋取向硅鋼片經(jīng)過專用計算機控制的曲線滾剪機加工，裁剪成一條寬度連續(xù)變化的線性鋼帶，再卷繞成封閉形鐵心，其截面形狀近似為純圓形，故稱為R型鐵心。用這種鐵心制成的R型鐵心變壓器的結構特點有:
①鐵心。三相R型鐵心變壓器的鐵心結構是由兩個長方形其截面為內凸的鐵心和包圍在其外的截面為外凸的鐵心組成的三相帶外框雙框卷鐵心。
②繞組。R型鐵心變壓器的高低壓繞組是在鐵心柱上直接繞制的，因此，一般采用層式或螺旋式線圈，層間絕緣全部采用網(wǎng)格點膠紙，繞組同心度好，徑向機械強度高。
③器身。采用新的器身繞組端面有效支撐結構，夾件上的吊板和箱蓋下的吊板各開可移動的槽孔，解決器身懸空頂箱蓋問題。
④油箱。油箱有管狀散熱器油箱、片式散熱器油箱、波紋油箱等幾種。
1.2 性能對比
S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結構，相比S9有以下幾個特點:
(1)硅鋼片續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質。
(2)連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。
(3)卷鐵心經(jīng)退火工藝后，其導磁性能可恢復到機加工前的原有水平。
(4)卷鐵心結構成自然緊固狀態(tài)，無需夾件緊固，避免了因鐵心夾緊所帶來的鐵心性能惡化，損耗增加。
(5)卷鐵心自身是一個無接縫的整體，且結構緊湊，在運行時的噪音水平降低到30～45dB，保護了環(huán)境。因此，很適合于建筑物內和生活區(qū)安裝使用。
(6)卷鐵心節(jié)約加工材料，硅鋼片無橫剪工序，邊角廢料少，材料利用率比S9型疊鐵心變壓器高。
1.3 卷鐵心變壓器的缺點:一是鐵心退火工藝要求較高;二是鐵心卷繞和線圈繞制需要專用設備;三是鐵心和繞組維修較困難。
2.非晶合金變壓器的經(jīng)濟效能分析
非晶合金變壓器的設計磁密、疊片系數(shù)較低，因此在材料用量方面比硅鋼片鐵芯變壓器高，同時由于非晶合金材料本身的價格昂貴，因此非晶合金變壓器的初始投資成本較高，這也是用戶對非晶合金變壓器望而卻步的主要原因。但從另一個角度進行分析，由于鐵芯中的損耗可降低70%～80%，則運行中的電能消耗明顯降低，即運行成本下降了，運行成本的降低可補償由于購買設備造成的成本增加。根據(jù)國際通用的變壓器經(jīng)濟效益的評價方法，變壓器的能效采用總擁有費用和投資回收年限兩個指標進行判斷。
2.1 總擁有費用法(2)
總擁有費用(TOC)法是綜合了變壓器的初始費用和等價現(xiàn)值的損耗費用，能夠充分表達所購變壓器全面的綜合費用。計算公式如下：
TOC=C+A×(Po+k×(Io×Se/100))+B×(Pk+k×(Uk×Se/100))
式中C——變壓器設備價格;
A——每千瓦空載損耗費用;
B——每千瓦負載損耗費用;
Po——空載損耗，kW;
Pk——負載損耗，kW;
Io——空載電流，%;
Uk——短路阻抗，%;
Se——額定容量，kVA;
k——無功經(jīng)濟當量，取0.1kW/kVA。
根據(jù)我國變壓器現(xiàn)行的負載率與電價的情況，A取48672元/kW，B取17668元/kW。
以額定容量為500kVA的變壓器為例，對S9型變壓器與SBH11型非晶合金變壓器進行對比，設備的使用年限為20年，假設兩種設備的差價為11500元，負載損耗相同，則非晶合金變壓器可節(jié)約的費用為：
ΔTOC=ΔC+A×[ΔPo+k×(ΔIo×Se/100)]
=-11500+48672×((0.96-0.24)+0.1×(0.01-0.004)×5)
=23690元
注：由于系數(shù)A、B的計算過程較為復雜，在此不再贅述;設備的差價隨材料價格的變化而發(fā)生較大的變化。
2.2 投資回收年限
計算公式如下：
n=log(1-0.07kPW)/log[1/(1+0.07)]
式中kPW=變壓器設備差價/變壓器年耗電費用差價
仍以額定容量為500kVA的變壓器為例進行計算，可知所增加的額外投資在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
由此可見，雖然設備的初始投入較高，但就總體而言，非晶合金變壓器仍具有相當可觀的經(jīng)濟效益。隨著硅鋼片價格的上漲，非晶合金變壓器與普通硅鋼片鐵芯變壓器的價格差距將進一步縮小。
三、未來農村電網(wǎng)變壓器應用規(guī)劃的選型探索
農村區(qū)域主要集中在城市郊區(qū)、縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)和邊遠農牧區(qū)、山區(qū)等供電區(qū)域， 根據(jù)國家電網(wǎng)公司對全國供電區(qū)域的劃分標準，建設標準應該為B\C\D類地區(qū)建設標準。
結合各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平和負荷增長趨勢，建議在不用區(qū)域采用不同型號的變壓器設備
1.B類地區(qū)(城市郊區(qū))宜采用S15型及以上變壓器，便于智能化建設，便于統(tǒng)一管理、運維。
2.C類地區(qū)(縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)、及縣城郊區(qū))宜采用S11及以上變壓器。
3.D類地區(qū)(農牧區(qū)、邊遠農村地區(qū))宜根據(jù)地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和地區(qū)發(fā)展規(guī)劃對有明確發(fā)展規(guī)劃的區(qū)域采用S11及以上變壓器，對待開發(fā)和實行保護開發(fā)的區(qū)域采用S9及以上變壓器。
4.變壓器的選型應堅持靈活應用，適度超前的原則，以節(jié)能降耗為主要原則，兼顧運維便利、系統(tǒng)安全、電網(wǎng)穩(wěn)定。
四、結論
在建設能源節(jié)約型社會的大的發(fā)展背景下， 深入落實黨中央國務院新農村建設工作要求，提高農村地區(qū)電力能源保障綜合能力，切實以規(guī)劃引領計劃項目，科學規(guī)劃、嚴謹選型、打造智能化堅強電網(wǎng)，是推動農村經(jīng)濟社會發(fā)展的最重要保障。
參考文獻：
【1】《S9、S11型配電變壓器結構特點及性能介紹》—風險管理世界網(wǎng)-安全員之家
【2】《非晶合金變壓器的節(jié)能效能及應用》—李旭玲
作者簡介：
李寧,男，1981年3月，博士研究生在讀，研究方向：少數(shù)民族經(jīng)濟與規(guī)劃、電力系統(tǒng)規(guī)劃與設計。高級工程師，寧夏回族自治區(qū)作家協(xié)會會員，寧夏回族自治區(qū)電力電子及建設項目招評標專家、國家電網(wǎng)公司招投標專家?，F(xiàn)供職于國網(wǎng)銀川供電公司發(fā)展策劃部。
原標題:農村電網(wǎng)升級改造項目變壓器選型及規(guī)劃應用探索
一、農村電網(wǎng)升級改造項目變壓器的應用情況
自國家電網(wǎng)公司開展“村村有電、戶戶通電”的農村電網(wǎng)建設工程以來,經(jīng)過幾十年電力人的不斷努力和探索，我國農村地區(qū)從部分無電、到全部有電、電網(wǎng)可靠、再到優(yōu)質供電、優(yōu)質服務，鄉(xiāng)鎮(zhèn)重點區(qū)域10分鐘繳費圈，農村電網(wǎng)建設得到質的飛躍。電網(wǎng)設備設施在不斷的升級換代過程中，從最簡單的簡易變壓器到配套設備的系統(tǒng)變壓器，再到節(jié)能低耗的智能變壓器，電網(wǎng)設備的運行維護水平也得到全面的提高。但由于建設時間長，不同區(qū)域建設條件差異不均，各管理單位建設標準不統(tǒng)一，變壓器應用型號繁雜，規(guī)格不一，部分偏遠地區(qū)還存在S7及以下高耗能變壓器，給農村電網(wǎng)設備的統(tǒng)一運行管理帶來很多障礙和制約。
同時，S9、S11、S15等較為先進的變壓器的應用推廣工作雖然逐步開展，但是沒有明確的規(guī)劃選型和應用標準，對農村電網(wǎng)的建設水平也帶來一些困擾。
二、現(xiàn)階段主要變壓器性能綜述
在建設能源節(jié)約型社會的大的發(fā)展背景下，現(xiàn)階段按照國家電網(wǎng)公司的統(tǒng)一建設標準，農村電網(wǎng)建設發(fā)展中高耗能的s9以下的變壓器經(jīng)過近幾年的農網(wǎng)升級改造項目集中進行了更換和淘汰。目前，農村電網(wǎng)使用的變壓器集中在S9、S11兩種類型上，而S11為近些年大量使用的主要產(chǎn)品。同時，較為先進的S15型變壓器也逐漸加入到電網(wǎng)建設之中。
1.S11型變壓器主要特征綜述(1)
1.1 結構特點
S11系列配電變壓器鐵心為圓形三級接縫疊片結構，對產(chǎn)品絕緣結構進行了一些局部改進，擴大了高壓圓筒式繞組的應用范圍，改變了高壓和低壓繞組端面的有效支撐，采用了新的吊板和引線的夾持方式等等。同時，采用了一些新材料、新組件和新的緊固件等，使產(chǎn)品在性能和結構方面都達到一個較高的水平。S11系列低損耗配電變壓器按鐵心材料和結構的不同，有以下三種:
(1)疊積式鐵心結構的S11系列配電變壓器。在S9型產(chǎn)品結構與制造經(jīng)驗的基礎上，開發(fā)的疊片式S11系列配電變壓器，采用優(yōu)質取向冷軋硅鋼片，采用新的疊片形式，改善了磁路結構。該系列產(chǎn)品在生產(chǎn)制造上可以充分利用現(xiàn)有設備資源，不必增加新的設備和新的投入;產(chǎn)品結構相對S9型產(chǎn)品沒有大的變化，可以充分發(fā)揮原有制造經(jīng)驗，有利于保持產(chǎn)品質量的穩(wěn)定。
(2)非晶合金鐵心的S11系列配電變壓器。非晶合金材料片極薄，磁密低，硬度是硅鋼片的5倍，加工剪切很困難，一般是以邊緣剪切處加溫而獲得良好的剪切面，故非晶合金變壓器鐵心截面呈長方形，相應地繞組也呈長方形。單相非晶合金鐵心變壓器的鐵心結構是一個框，三相變壓器的結構是由四個框合并成類似三相五柱式結構，一般三相非晶合金變壓器的高壓聯(lián)結組為D接法。
(3)R型卷鐵心結構的S11系列配電變壓器。應用電子計算機技術，將冷軋取向硅鋼片經(jīng)過專用計算機控制的曲線滾剪機加工，裁剪成一條寬度連續(xù)變化的線性鋼帶，再卷繞成封閉形鐵心，其截面形狀近似為純圓形，故稱為R型鐵心。用這種鐵心制成的R型鐵心變壓器的結構特點有:
①鐵心。三相R型鐵心變壓器的鐵心結構是由兩個長方形其截面為內凸的鐵心和包圍在其外的截面為外凸的鐵心組成的三相帶外框雙框卷鐵心。
②繞組。R型鐵心變壓器的高低壓繞組是在鐵心柱上直接繞制的，因此，一般采用層式或螺旋式線圈，層間絕緣全部采用網(wǎng)格點膠紙，繞組同心度好，徑向機械強度高。
③器身。采用新的器身繞組端面有效支撐結構，夾件上的吊板和箱蓋下的吊板各開可移動的槽孔，解決器身懸空頂箱蓋問題。
④油箱。油箱有管狀散熱器油箱、片式散熱器油箱、波紋油箱等幾種。
1.2 性能對比
S11型變壓器卷鐵心改變了傳統(tǒng)的疊片式鐵心結構，相比S9有以下幾個特點:
(1)硅鋼片續(xù)卷制，鐵心無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質。
(2)連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。
(3)卷鐵心經(jīng)退火工藝后，其導磁性能可恢復到機加工前的原有水平。
(4)卷鐵心結構成自然緊固狀態(tài)，無需夾件緊固，避免了因鐵心夾緊所帶來的鐵心性能惡化，損耗增加。
(5)卷鐵心自身是一個無接縫的整體，且結構緊湊，在運行時的噪音水平降低到30～45dB，保護了環(huán)境。因此，很適合于建筑物內和生活區(qū)安裝使用。
(6)卷鐵心節(jié)約加工材料，硅鋼片無橫剪工序，邊角廢料少，材料利用率比S9型疊鐵心變壓器高。
1.3 卷鐵心變壓器的缺點:一是鐵心退火工藝要求較高;二是鐵心卷繞和線圈繞制需要專用設備;三是鐵心和繞組維修較困難。
2.非晶合金變壓器的經(jīng)濟效能分析
非晶合金變壓器的設計磁密、疊片系數(shù)較低，因此在材料用量方面比硅鋼片鐵芯變壓器高，同時由于非晶合金材料本身的價格昂貴，因此非晶合金變壓器的初始投資成本較高，這也是用戶對非晶合金變壓器望而卻步的主要原因。但從另一個角度進行分析，由于鐵芯中的損耗可降低70%～80%，則運行中的電能消耗明顯降低，即運行成本下降了，運行成本的降低可補償由于購買設備造成的成本增加。根據(jù)國際通用的變壓器經(jīng)濟效益的評價方法，變壓器的能效采用總擁有費用和投資回收年限兩個指標進行判斷。
2.1 總擁有費用法(2)
總擁有費用(TOC)法是綜合了變壓器的初始費用和等價現(xiàn)值的損耗費用，能夠充分表達所購變壓器全面的綜合費用。計算公式如下：
TOC=C+A×(Po+k×(Io×Se/100))+B×(Pk+k×(Uk×Se/100))
式中C——變壓器設備價格;
A——每千瓦空載損耗費用;
B——每千瓦負載損耗費用;
Po——空載損耗，kW;
Pk——負載損耗，kW;
Io——空載電流，%;
Uk——短路阻抗，%;
Se——額定容量，kVA;
k——無功經(jīng)濟當量，取0.1kW/kVA。
根據(jù)我國變壓器現(xiàn)行的負載率與電價的情況，A取48672元/kW，B取17668元/kW。
以額定容量為500kVA的變壓器為例，對S9型變壓器與SBH11型非晶合金變壓器進行對比，設備的使用年限為20年，假設兩種設備的差價為11500元，負載損耗相同，則非晶合金變壓器可節(jié)約的費用為：
ΔTOC=ΔC+A×[ΔPo+k×(ΔIo×Se/100)]
=-11500+48672×((0.96-0.24)+0.1×(0.01-0.004)×5)
=23690元
注：由于系數(shù)A、B的計算過程較為復雜，在此不再贅述;設備的差價隨材料價格的變化而發(fā)生較大的變化。
2.2 投資回收年限
計算公式如下：
n=log(1-0.07kPW)/log[1/(1+0.07)]
式中kPW=變壓器設備差價/變壓器年耗電費用差價
仍以額定容量為500kVA的變壓器為例進行計算，可知所增加的額外投資在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
由此可見，雖然設備的初始投入較高，但就總體而言，非晶合金變壓器仍具有相當可觀的經(jīng)濟效益。隨著硅鋼片價格的上漲，非晶合金變壓器與普通硅鋼片鐵芯變壓器的價格差距將進一步縮小。
三、未來農村電網(wǎng)變壓器應用規(guī)劃的選型探索
農村區(qū)域主要集中在城市郊區(qū)、縣市鄉(xiāng)鎮(zhèn)和邊遠農牧區(qū)、山區(qū)等供電區(qū)域， 根據(jù)國家電網(wǎng)公司對全國供電區(qū)域的劃分標準，建設標準應該為B\C\D類地區(qū)建設標準。
結合各區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平和負荷增長趨勢，建議在不用區(qū)域采用不同型號的變壓器設備
1.B類地區(qū)(城市郊區(qū))宜采用S15型及以上變壓器，便于智能化建設，便于統(tǒng)一管理、運維。
2.C類地區(qū)(縣城鄉(xiāng)鎮(zhèn)、及縣城郊區(qū))宜采用S11及以上變壓器。
3.D類地區(qū)(農牧區(qū)、邊遠農村地區(qū))宜根據(jù)地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平和地區(qū)發(fā)展規(guī)劃對有明確發(fā)展規(guī)劃的區(qū)域采用S11及以上變壓器，對待開發(fā)和實行保護開發(fā)的區(qū)域采用S9及以上變壓器。
4.變壓器的選型應堅持靈活應用，適度超前的原則，以節(jié)能降耗為主要原則，兼顧運維便利、系統(tǒng)安全、電網(wǎng)穩(wěn)定。
四、結論
在建設能源節(jié)約型社會的大的發(fā)展背景下， 深入落實黨中央國務院新農村建設工作要求，提高農村地區(qū)電力能源保障綜合能力，切實以規(guī)劃引領計劃項目，科學規(guī)劃、嚴謹選型、打造智能化堅強電網(wǎng)，是推動農村經(jīng)濟社會發(fā)展的最重要保障。
參考文獻：
【1】《S9、S11型配電變壓器結構特點及性能介紹》—風險管理世界網(wǎng)-安全員之家
【2】《非晶合金變壓器的節(jié)能效能及應用》—李旭玲
作者簡介：
李寧,男，1981年3月，博士研究生在讀，研究方向：少數(shù)民族經(jīng)濟與規(guī)劃、電力系統(tǒng)規(guī)劃與設計。高級工程師，寧夏回族自治區(qū)作家協(xié)會會員，寧夏回族自治區(qū)電力電子及建設項目招評標專家、國家電網(wǎng)公司招投標專家?，F(xiàn)供職于國網(wǎng)銀川供電公司發(fā)展策劃部。
原標題:農村電網(wǎng)升級改造項目變壓器選型及規(guī)劃應用探索
