變壓器經濟效益的評價方法

《變壓器經濟效益的評價方法》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《變壓器經濟效益的評價方法（11頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、變壓器經濟效益的評價方法1前言我國電力變壓器產品可按容量大小分為大型變壓器(容量大于或等于8000kVA)和中小型變壓器(容量小于或等于6300kVA)；也可按電壓等級分為6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV和500kV等。作為電壓變換設備，變壓器被廣泛應用于輸電和配電領域，特別是10kV和35kV電壓等級的變壓器，在電力、工業和商業配電系統中被普遍使用，且數量巨大。1999年，我國年產變壓器約33.8萬臺，其中10kV和35kV級約31.3萬臺，占92.6。據估計，目前在電網上運行的10kV和35kV級變壓器約有10億kVA以上。由于使用量大，運行時間長，

2、變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節能潛力，特別是量大面廣的10kV和35kV級變壓器。選擇高效節能產品，不但對節約能源具有重要意義，同時還可以大大降低變壓器的運營成本，是企業改善經濟效益的重要途徑。我國10kV和35kV級變壓器絕大多數為標準設計，其產品標準經歷?quot;64標準、73標準、86標準到90年代中期的95標準的不斷進步，產品由原來的高損耗型(SJ，SJLS7)發展到了現行的較低損耗型(S9型等)。截至1998年底，S7型變壓器及以前的產品已由國家先后公布淘汰，停止其生產和銷售。隨著計劃經濟向市場經濟的轉變，以及社會對節能和環保的需求，我國變壓器的效率水平將呈現出多樣化的趨勢。目

3、前市場上已出現了比S9系列更節能的產品，如S10、S11系列等。在電網使用的變壓器中，役齡超過20年的老舊變壓器仍約占10以上。這些變壓器是按照60和70年代當時64和73標準設計的產品，損耗非常高。與當前的S9系列相比，平均損耗高100以上，節能潛力巨大。對于企業來說，如何從長遠的經濟效益出發，確定適當的變壓器效率水平以及是否應該用節能變壓器替換高耗能變壓器，是變壓器選購和管理中亟待解決的問題之一。國際上有許多評價變壓器能效的方法，所有的方法都要求比較變壓器價格及其損耗費用。美國在70年代后期，由于能源價格的攀升，許多電力公司開始要求所設計的變壓器應能具有最低的服務年限費用，這樣就產生了總擁

4、有費用(TOC)法。TOC法在美國于1981年發展成為工業標準。按照TOC標準購置變壓器一直沿用至今，TOC方法是總和了變壓器的初始費用和等價現值的損耗費用，表達所購變壓器全面的綜合費用。我們用TOC法曾評述過配電變壓器S9型與S7型的經濟效益，比較結果說明了S9變壓器價格雖高于S7約20，但損耗指標比S7低約21，S9所多支村的資金可以在23年內從節約的損耗電費中收回。同樣，用S9變壓器更換80年前的老變壓器產品進行效益比較的結果說明，在只支付S9的設備費不計老變壓器回收價值的條件下，S9的資金也可以在23年內從節約的損耗電費中得到償還。本文介紹了用等價初始費用(Equivalent Fir

5、st Cost- EFC)的總擁有費用法TOCEFC(以下簡稱TOC)評價變壓器經濟效益的具體方法及計算過程。本文提供的方法參照了美國國家電氣制造商協會的有關標準，即：美國NEMA TP11996標準，并結合了中國的實際情況。2總擁有費用法TOC(Total Owning Cost)所謂總擁有費用(TOC)，就是變壓器的初始投資和其在使用期內的損耗費用之和?？倱碛匈M用法通過比較具有不同效率水平和不同價格的變壓器的總擁有費用，按照總擁有費用最低來選擇變壓器效率水平。2.1TOC的計算公式TOC=CANLBLL式中NL-變壓器額定空載損耗或鐵損，kW；LL-變壓器額定負載損耗或銅損，kW；A-變壓

6、器壽命期間空載損耗每千瓦的資本費用，元/kW；B-變壓器壽命期間負載損耗每千瓦的資本費用，元/kW；C-變壓器初始費用，方案對比時可用其設 備價格，元。2.2計算式參數的確定2.2.1變壓器空載損耗NL和負載損耗LL變壓器空載損耗NL和負載損耗LL都包括額定有功損耗并計及其無功功率在電網上的有功損耗，按下式計算：空載損耗NL=P0kQ0=P0k(I0Se/100)負載損耗LL=PfkQf=Pfk(UdSe/100)式中P0-變壓器額定空載有功損耗，即鐵損kW；Q0-變壓器額定勵磁功率，kvar；Pf-變壓器額定負載有功損耗，即銅損kW；Qf-變壓器額定負載漏磁功率，kvar；k-無功經濟當量，

7、按變壓器在電網中的位置取值，一般可取k=0.1kW/kvar；I0-變壓器空載電流，；Ud-變壓器阻抗電壓，；Se-變壓器額定容量，kVA。2.2.2A、B系數A系數是變壓器壽命期間單位空載損耗的資本費用(元/kW)，B系數是變壓器壽命期間單位負載損耗的資本費用(元/kW)。A和B兩個系數對于變壓器購買者掌握變壓器空載損耗和負載損耗價值甚為重要。一旦確定A和B的數值，評價變壓器的總費用就變得簡單易行了。對電力企業和非電力企業，A和B系數的確定有不同的方法。A和B系數與變壓器空載損耗和負載損耗有聯系的能量費用和容量費用呈函數關系。對于電力企業而言，由于單位損耗的能量費用和容量費用與發電、輸電和配

8、電的整個過程投資和運行方式有關，比較復雜，需由電力企業專業人員研究制定，本文在此就不予贅述了。對于非電力企業，單位損耗的能量費用和容量費用則主要與該企業所負擔的電價及變壓器運行方式有關，本文給出了A、B系數的計算方法，對其在更廣泛的行業所用數據見附錄。(1)系數A-變壓器空載損耗每千瓦的資本費用變壓器空載損耗每千瓦的資本費用或系數A，通?？梢钥醋髯儔浩髟趬勖诓蛔兊臄?，一天24小時，一年365天，20年不變(以下均設變壓器壽命期為20年)。A的數值主要由電價來決定，等效于期初的現值表達式如下：A=kPW(EJL12ELhPY)，元/kW式中kPW-現值系數=1(1a)/(1i)n/(ia)，(

9、式中變壓器使用期n年，年利率i，年通貨膨脹率a，其中的關系見以下說明)；EJL-兩部電價中的基本電費(元/kW，月)；EL-兩部電價中的電量電費(元/kWh)；hPY-年運行小時數，一般取8760h。(2)系數B-變壓器負載損耗每千瓦的資本費用變壓器負載損耗每千瓦的資本費用或系數B，除了電價因素外，主要與變壓器所帶負載特征有關，負載特征可用年最大負載損耗小時數(由最大負載利用小時Tmax和功率因數確定，見附錄中表1)以及負載率表示。重負載、運行時間長以及負載率高的生產企業，其系數B就大，反之則小。系數B的數值等效于初始費用的現值，表達式如下：B=kPW(EJL12EL)P2，元/kW式中kPW

10、-現值系數，同系數A；EJL-兩部電價中的基本電費(元/kW月)；EL-兩部電價中的電量電費(元/kWh)；-年最大負載損耗小時數(由最大負載利用小時數Tmax和功率因數cos確定，見附錄表1)；p-變壓器負載率=變壓器計算負載變壓器額定容量。(3)現值系數kPW對系數A和B的影響在初期籌措變壓器使用年限損耗費用的資金時，要考慮資金的時間價值，此時需將變壓器運行中每年的損耗電費折算到投資初始的時刻，A和B系數均含現值系數kPW分量使其等值于設備購置同一時刻的初始費用?，F值系數kPW基于計算年限(變壓器壽命)n、年利率i和年通貨膨脹率a的三個因素，其計算式為：kPW=1(1a)/(1i)n/(i

11、a)從計算式可看出，已知計算年限為n，當年利率i愈高，計算所得kPW現值系數愈小，損耗費用的A與B系數也愈小。因為這時資金的時間價值高(利息高)，故資金的投入也就減少。而年通貨膨脹率a則反之，當a愈高，計算所得kPW現值系數愈大，損耗費用的A與B系數也愈大。因為這時物價上漲，貨幣貶值，貨幣資金的時間價值下降，資金投入也就要增加。 (4)常用的A、B系數為便于應用，在附錄里我們提供事先計算好的按不同用電負荷類別和不同負載率的A和B單位損耗功率費用的數值。這與按照工程具體情況計算的A、B數據可能有出入，如需要數值精確可另作計算。2.2.3價格舉例中的變壓器價格取自機械工業出版社的1999年機電產品

12、報價手冊參考價格。2.3TOC法的計算舉例計算S9800/10與S7800/10變壓器的總擁有費用比較，使用年限20年，變壓器運行在有色冶煉工廠，三班制生產，變壓器負載率為75。解：(1)計算S9800/10型，800kVA變壓器的無功功率在內的損耗數值；空載損耗PNL=P0kQ0=P0k(I0Se/100)=1.40(0.10.008800)=2.04kW負載損耗PLL=PfkQf=Pfk(UdSe/100) =7.5(0.10.045800)=11.09kW(2)同理，S7800/10的損耗數值：空載損耗：S7為2.5kW，負載損耗：S7為13.49kW。(3)變壓器空載與負載的損耗費用(

13、使用年限20年)：查附錄表1，對應有色冶煉行業，負載率為75，A=48672元/kW，B=17668元/kW?？蛰d損耗費用：S9變壓器為ANLS9=2.0448672=99291元S7變壓器為ANLS7=2.548672=121680元負載損耗費用：S9變壓器為BLLS9=11.0917668=195938元S7變壓器為BLLS7=13.4917668=238341元(4)變壓器單價：S9為63640元，S7為55340元。(5)使用期20年的TOC總擁有費用：TOCS9=63640(2.0448672)(11.0917668)=358869元。TOCS7=55340(2.548672)(13

14、.4917668)=415361元。3投資回收年限的計算投資價差回收年限計算分兩種算法。3.1簡單計算不考慮資金的時間因素，只計算支出費用，計算式：投資價差回收年限=兩種變壓器投資價差兩種變壓器年耗電費用價差3.2計及資金時間價值的回收年限的計算式計算兩變壓器(兩方案)總擁有費用相等時的使用年數n值，便得計及資金時間價值的回收年。計算式：變壓器1的TOC=變壓器2的TOC：兩種變壓器投資價差=kPW(兩種變壓器年耗電費用價差)kPW=兩種變壓器投資價差兩種變壓器年耗電費用價差此處的kPW系兩種變壓器投資價差和年耗電費用價差相等時的現值系數。假設，通貨膨脹率a=0，年利率i=0.07，依據現值系

15、數kPW公式算出n值n=log(10.07kPW)log1/(10.07)3.3回收年計算舉例用S9型的35kV、3150kVA變壓器更換SJ型的35kV、3200kVA老變壓器，計算S9更換時投資的回收年限。投資只計算購置S9變壓器，其費用為179800元；不扣除更換下來SJ老變壓器的回收價值和更換過程中的拆裝費用。變壓器使用條件同舉例1。解：(1)簡單計算回收年1分別計算出兩變壓器的損耗值SJ變壓器空載損耗PN=P0kQ0=11(0.10.043200)=23.8kWSJ變壓器負載損耗PL=PfkQf=37(0.10.0553200)=54.6kWS9變壓器空載損耗PN=P0kQ0=4.5

16、(0.10.0103150)=7.65kWS9變壓器負載損耗PL=PfkQf=22.0(0.10.073150)=44.05kW2從附錄表1查得A=48672，B=17668，乘以資金回收系數(=1/kPW)，此處kPW=10.59。 S9的回收年=S9變壓器購置費/SJ與S9變壓器損耗費價差 =179800/48672(23.87.65)17668(54.644.05)/10.59 =1.96年(2)計算資金時間價值的回收年kPW=兩種變壓器投資價差兩種變壓器年電費用價差=(1798000)/(200478.4108651.2)= 1.96將kPW=1.96代入現值系數的計算式，便可得到計入

17、計算資金時間價值的回收年n：n=log(10.071.96)log1/(10.07)=2.18年4附錄:損耗系數A和B的確定4.1典型的不同用電行業的A、B值參考有關文獻資料，可以查到一些典型行業的負載特點，與年最大負載利用小時數Tmax，cos=0.9和最大負載損耗小時數相關數據，按照TOC公式計算的A、B系數，如表1所示。 表1數據的計算條件：基本電價EJL=18/月kW，電度電價EL=0.5元/kWh，變壓器使用年n=20年，年利率i=7，通貨膨脹率a=0，功率因數 cos=0.9。為便于計算，表2列出不同功率因數cos下最大負載損耗小時數與最大負載利用小時數Tmax的關系供計算參考。說明：(1)表1中A和B系數是在特定的兩部電價和壽命期時間價值下做的，如果電價及壽命期有變，表中的系數要按A與B的公式重算。一定的電價系數A是固定的，而系數負載率p按各行業最大負載損耗小時改變(即按最大負載利用小時數及功率因數改變)。(2)掌握對應于變壓器空載損耗單位費用的系數A和負載損耗單位費用的系數B，將有利于對選擇變壓器鐵損和銅損大小的考慮。要注意的是在所有參與方案比較中，A、B系數是相同，即空載損耗費用=A空載損耗；負載損耗費用=B負載損耗。4.2最大負載損耗小時數與最大負載利用小時數Tmax的關系據有關資料，以下表2數據系對一些典型負載曲線分析后得出的。