【摘　要】參照國(guó)際有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(TOC)，提出變壓器的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法，并給出了計(jì)算實(shí)例。結(jié)果表明，采用S9型比S7型更經(jīng)濟(jì);用S9型替換在役的"64"和"73"系列高損耗變壓器，投資回報(bào)期為2～3年。

1　前言

我國(guó)電力變壓器產(chǎn)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(jí)分為6kV、10kV、35kV、60kV、110kV、220kV、330kV和500kV等。作為電壓變換設(shè)備，變壓器被廣泛應(yīng)用于輸電和配電領(lǐng)域，特別是10kV和35kV電壓等級(jí)的變壓器，在電力、工業(yè)和商業(yè)配電系統(tǒng)中被普遍使用，且數(shù)量巨大。1999年，我國(guó)年產(chǎn)變壓器約33.8萬臺(tái)，其中10kV和35kV級(jí)約31.3萬臺(tái)，占92.6%。據(jù)估計(jì)，目前在電網(wǎng)上運(yùn)行的10kV和35kV級(jí)變壓器約有10億kVA以上。由于使用量大，運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，變壓器在選擇和使用上存在著巨大的節(jié)能潛力，特別是量大面廣的10kV和35kV級(jí)變壓器。

選擇高效節(jié)能產(chǎn)品，不但對(duì)節(jié)約能源具有重要意義，同時(shí)還可以大大降低變壓器的運(yùn)營(yíng)成本，是企業(yè)改善經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。我國(guó)10kV和35kV級(jí)變壓器絕大多數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，其產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷?quot;64"標(biāo)準(zhǔn)、"73"標(biāo)準(zhǔn)、"86"標(biāo)準(zhǔn)到90年代中期的"95"標(biāo)準(zhǔn)的不斷進(jìn)步，產(chǎn)品由原來的高損耗型(SJ，SJL…S7)發(fā)展到了現(xiàn)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(chǎn)品已由國(guó)家先后公布淘汰，停止其生產(chǎn)和銷售。隨著計(jì)劃經(jīng)濟(jì)向市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變，以及社會(huì)對(duì)節(jié)能和環(huán)保的需求，我國(guó)變壓器的效率水平將呈現(xiàn)出多樣化的趨勢(shì)。目前市場(chǎng)上已出現(xiàn)了比S9系列更節(jié)能的產(chǎn)品，如S10、S11系列等。

在電網(wǎng)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(dāng)時(shí)"64"和"73"標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，損耗非常高。與當(dāng)前的S9系列相比，平均損耗高100%以上，節(jié)能潛力巨大。對(duì)于企業(yè)來說，如何從長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，確定適當(dāng)?shù)淖儔浩餍仕揭约笆欠駪?yīng)該用節(jié)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(guó)際上有許多評(píng)價(jià)變壓器能效的方法，所有的方法都要求比較變壓器價(jià)格及其損耗費(fèi)用。美國(guó)在70年代后期，由于能源價(jià)格的攀升，許多電力公司開始要求所設(shè)計(jì)的變壓器應(yīng)能具有最低的服務(wù)年限費(fèi)用，這樣就產(chǎn)生了總擁有費(fèi)用(TOC)法。TOC法在美國(guó)于1981年發(fā)展成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。按照TOC標(biāo)準(zhǔn)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(fèi)用和等價(jià)現(xiàn)值的損耗費(fèi)用，表達(dá)所購變壓器全面的綜合費(fèi)用。我們用TOC法曾評(píng)述過配電變壓器S9型與S7型的經(jīng)濟(jì)效益，比較結(jié)果說明了S9變壓器價(jià)格雖高于S7約20%，但損耗指標(biāo)比S7低約21%，S9所多支村的資金可以在2～3年內(nèi)從節(jié)約的損耗電費(fèi)中收回。同樣，用S9變壓器更換80年前的老變壓器產(chǎn)品進(jìn)行效益比較的結(jié)果說明，在只支付S9的設(shè)備費(fèi)不計(jì)老變壓器回收價(jià)值的條件下，S9的資金也可以在2～3年內(nèi)從節(jié)約的損耗電費(fèi)中得到償還。

本文介紹了用等價(jià)初始費(fèi)用(Equivalent First Cost- EFC)的總擁有費(fèi)用法TOCEFC(以下簡(jiǎn)稱TOC)評(píng)價(jià)變壓器經(jīng)濟(jì)效益的具體方法及計(jì)算過程。

本文提供的方法參照了美國(guó)國(guó)家電氣制造商協(xié)會(huì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，即：美國(guó)NEMA TP1-1996標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合了中國(guó)的實(shí)際情況。

2　總擁有費(fèi)用法TOC(Total Owning Cost)

所謂總擁有費(fèi)用(TOC)，就是變壓器的初始投資和其在使用期內(nèi)的損耗費(fèi)用之和。總擁有費(fèi)用法通過比較具有不同效率水平和不同價(jià)格的變壓器的總擁有費(fèi)用，按照總擁有費(fèi)用最低來選擇變壓器效率水平。

2.1　TOC的計(jì)算公式

TOC=C+A×NL+B×LL

式中　NL--變壓器額定空載損耗或鐵損，kW;　LL--變壓器額定負(fù)載損耗或銅損，kW;A--變壓器壽命期間空載損耗每千瓦的資本費(fèi)用，元/kW;　B--變壓器壽命期間負(fù)載損耗每千瓦的資本費(fèi)用，元/kW;　C--變壓器初始費(fèi)用，方案對(duì)比時(shí)可用其設(shè)備價(jià)格。

2.2　計(jì)算式參數(shù)的確定

2.2.1　變壓器空載損耗NL和負(fù)載損耗LL

變壓器空載損耗NL和負(fù)載損耗LL都包括額定有功損耗并計(jì)及其無功功率在電網(wǎng)上的有功損耗，按下式計(jì)算：

空載損耗　NL=P0+kQ0=P0+k(I0%Se/100)

負(fù)載損耗　LL=Pf+kQf=Pf+k(Ud%Se/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(lì)磁功率，kvar;

Pf--變壓器額定負(fù)載有功損耗，即銅損kW;

Qf--變壓器額定負(fù)載漏磁功率，kvar;

k--無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量，按變壓器在電網(wǎng)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。

2.2.2　A、B系數(shù)

A系數(shù)是變壓器壽命期間單位空載損耗的資本費(fèi)用(元/kW)，B系數(shù)是變壓器壽命期間單位負(fù)載損耗的資本費(fèi)用(元/kW)。A和B兩個(gè)系數(shù)對(duì)于變壓器購買者掌握變壓器空載損耗和負(fù)載損耗價(jià)值甚為重要。一旦確定A和B的數(shù)值，評(píng)價(jià)變壓器的總費(fèi)用就變得簡(jiǎn)單易行了。

對(duì)電力企業(yè)和非電力企業(yè)，A和B系數(shù)的確定有不同的方法。A和B系數(shù)與變壓器空載損耗和負(fù)載損耗有聯(lián)系的能量費(fèi)用和容量費(fèi)用呈函數(shù)關(guān)系。對(duì)于電力企業(yè)而言，由于單位損耗的能量費(fèi)用和容量費(fèi)用與發(fā)電、輸電和配電的整個(gè)過程投資和運(yùn)行方式有關(guān)，比較復(fù)雜，需由電力企業(yè)專業(yè)人員研究制定，本文在此就不予贅述了。

對(duì)于非電力企業(yè)，單位損耗的能量費(fèi)用和容量費(fèi)用則主要與該企業(yè)所負(fù)擔(dān)的電價(jià)及變壓器運(yùn)行方式有關(guān)，本文給出了A、B系數(shù)的計(jì)算方法，對(duì)其在更廣泛的行業(yè)所用數(shù)據(jù)見附錄。

(1)系數(shù)A--變壓器空載損耗每千瓦的資本費(fèi)用

變壓器空載損耗每千瓦的資本費(fèi)用或系數(shù)A，通常可以看作變壓器在壽命期不變的數(shù)，一天24小時(shí)，一年365天，20年不變(以下均設(shè)變壓器壽命期為20年)。A的數(shù)值主要由電價(jià)來決定，等效于期初的現(xiàn)值表達(dá)式如下：

A=kPW×(EJL×12+EL×hPY)，元/kW

式中　kPW--現(xiàn)值系數(shù)={1-[(1+a)/(1+i)]n}/(i-a)，(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(guān)系見以下說明);EJL--兩部電價(jià)中的基本電費(fèi)(元/kW，月);

EL--兩部電價(jià)中的電量電費(fèi)(元/kW·h);

hPY--年運(yùn)行小時(shí)數(shù)，一般取8760h。

(2)系數(shù)B--變壓器負(fù)載損耗每千瓦的資本費(fèi)用

變壓器負(fù)載損耗每千瓦的資本費(fèi)用或系數(shù)B，除了電價(jià)因素外，主要與變壓器所帶負(fù)載特征有關(guān)，負(fù)載特征可用年最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)(由最大負(fù)載利用小時(shí)Tmax和功率因數(shù)確定，見附錄中表1)以及負(fù)載率表示。重負(fù)載、運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)以及負(fù)載率高的生產(chǎn)企業(yè)，其系數(shù)B就大，反之則小。系數(shù)B的數(shù)值等效于初始費(fèi)用的現(xiàn)值，表達(dá)式如下：

B=kPW×(EJL×12+EL×τ)×P2，元/kW

式中　kPW--現(xiàn)值系數(shù)，同系數(shù)A;

EJL--兩部電價(jià)中的基本電費(fèi)(元/kW·月);

EL--兩部電價(jià)中的電量電費(fèi)(元/kWh);

τ--年最大負(fù)載損耗小時(shí)數(shù)(由最大負(fù)載利用小時(shí)數(shù)Tmax和功率因數(shù)cosφ確定，

見附錄表1);

p--變壓器負(fù)載率=變壓器計(jì)算負(fù)載÷變壓器額定容量。

(3)現(xiàn)值系數(shù)kPW對(duì)系數(shù)A和B的影響

在初期籌措變壓器使用年限損耗費(fèi)用的資金時(shí)，要考慮資金的時(shí)間價(jià)值，此時(shí)需將變壓器運(yùn)行中每年的損耗電費(fèi)折算到投資初始的時(shí)刻，A和B系數(shù)均含現(xiàn)值系數(shù)kPW分量使其等值于設(shè)備購置同一時(shí)刻的初始費(fèi)用。

現(xiàn)值系數(shù)kPW基于計(jì)算年限(變壓器壽命)n、年利率i和年通貨膨脹率a的三個(gè)因素，其計(jì)算式為：

kPW={1-[(1+a)/(1+i)]n}/(i-a)

從計(jì)算式可看出，已知計(jì)算年限為n，當(dāng)年利率i愈高，計(jì)算所得kPW現(xiàn)值系數(shù)愈小，損耗費(fèi)用的A與B系數(shù)也愈小。因?yàn)檫@時(shí)資金的時(shí)間價(jià)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(dāng)a愈高，計(jì)算所得kPW現(xiàn)值系數(shù)愈大，損耗費(fèi)用的A與B系數(shù)也愈大。因?yàn)檫@時(shí)物價(jià)上漲，貨幣貶值，貨幣資金的時(shí)間價(jià)值下降，資金投入也就要增加。

(4)常用的A、B系數(shù)為便于應(yīng)用，在附錄里我們提供事先計(jì)算好的按不同用電負(fù)荷類別和不同負(fù)載率的A和B單位損耗功率費(fèi)用的數(shù)值。這與按照工程具體情況計(jì)算的A、B數(shù)據(jù)可能有出入，如需要數(shù)值精確可另作計(jì)算。