引言
隨著工農業生產的發展和百姓生活水平的提高，社會對電能的需求量正在逐年增加，而近年來又恰逢我國大部分地區雨水偏少而且分佈不均，使得多數地區水庫的蓄水量明顯不足，水力發電已處於超負荷執行狀態，加之煤又是不可再生的有限資源等因素，致使各地電力供需矛盾日顯突出，許多城市經歷了電荒，拉閘限電時有發生，制約了地區經濟和社會的可持續發展。為了扭轉這一局面，各級政府已經採取行動，提出了許多有關節能節電的新舉措。在這樣的大氛圍下，廣大企業更應大力挖掘節電潛力，例如推廣節能燈、實施綠色照明、更換老舊變壓器、推廣高效電動機等，都可以取得很大的成效，就用電行業來說，開發變壓器的節能潛力很大。
變壓器的節能潛力
我國配電變壓器通常是指電壓為35kV和10kV及以下、容量為6300kVA以下直接向終端使用者供電的電力變壓器。目前全國網上執行的配電變壓器總電能損耗約為450億kWh，約佔全年我國總髮電量的3。2%。儘管配電變壓器已是高效率的裝置（達95%～99%），但由於其數量巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即便有微小的改進也能獲得相當大的能源節約及溫室氣體的減排，因此其本身存在著巨大的節能潛力。
20世紀90年代後期，由於受到城鄉電網改造工程的拉動，電力變壓器行業保持了良好的發展勢頭。根據2004年調查統計資料，全國在用變壓器總容量為27。7億kVA。在網上執行的35kV和10kV配電變壓器總容量為14。09億kVA，其中役齡超過20年的S6型和S7型系列高損耗變壓器的總容量為2。31億kVA。這些變壓器是按照20世紀六七十年代標準設計的產品，損耗非常高，如果花一定投資用S9，S11去替換老舊變壓器，必定會獲得很大的經濟效益。依不同容量計算，購置S9，S11變壓器去替換老舊變壓器的投資回收一般只需2～3年（未計舊變壓器回收費和拆裝費條件），其節能潛力巨大。
隨著市場經濟的發展和科技的不斷進步，新材料、新工藝的廣泛應用，新的低損耗配電變壓器相繼開發成功。國內許多變壓器製造廠商投入了大量資金引進國外先進的製造技術及裝置，不斷研製開發低損耗變壓器和各種結構形式的變壓器，如油浸變壓器已出現了比新S9系列更節能的S10、S11系列，新型乾式變壓器的SC9系列以及非晶合金鐵芯等低損耗產品都顯示了我國配電變壓器的節能潛力。
重點用電行業變壓器老化嚴重。鋼鐵、水泥、化肥、氯鹼、電解這5個重點用電行業的配電總保有量為87689臺，總容量為18225。5萬kVA。其中役齡超過20年的S6和S7系列高損耗配電變壓器的總容量為2204萬kVA。大型企業中變壓器老化嚴重，但過去5年中這些老舊高損耗配電變壓器的替換水平平均每年僅有1。5%，遠遠落後於老化速度。而未來5年計劃的替換水平平均每年僅有0。45%。
由於老舊變壓器擁有量大，大型企業將是替換老舊變壓器的主要收益者。與新型的S9變壓器相比，役齡超過20年的S6和S7系列平均每kVA容量每年比S9系列多耗電70kWh以上。如果用S9系列變壓器替換這些S6和S7標準的老舊變壓器，以上5個重點用電行業每年可節電15。428億kWh。這些工業企業每年可因此而降低成本7。7億元。替換老舊變壓器後，5個行業中每個大型企業的平均年節能效益如下：電解行業519萬元；化肥行業167萬元；水泥行業61萬元；氯鹼行業173萬元；鋼鐵行業472萬元。就秦皇島港務局範圍內的47臺S6，S7系列變壓器，如果用S9系列變壓器替換，每年可節約電費32萬元。
替換老舊高損耗變壓器，不僅能給變壓器使用者企業帶來經濟效益，還能帶來一系列社會效益。在環境效益方面，因節電可降低發電廠CO2的排放量127萬t /a， SO232t/a，對環境保護的推動意義巨大。
變壓器經濟效益分析
在電網中使用且役齡超過20年的老舊變壓器仍約佔10％以上。這些變壓器是按照20世紀60和70年代當時標準設計的產品，損耗非常高。與當前的S9、S11系列相比，平均損耗高100％以上，節能潛力巨大。對於企業來說，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效能變壓器，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。TOC法在美國於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方法是總和變壓器的初始費用和等價現值的損耗費用來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和S7型的經濟效益，比較結果說明了S9變壓器價格雖高於S7約20%，但損耗指標比S7低約21%，S9所多支付的資金可以在2～3年內從節約的損耗電費中收回。同樣，用S9變壓器更換1980年前的老舊變壓器，效益對比結果表明，在只支付S9的裝置費用而不計老舊變壓器回收價值的條件下，投資S9的資金也可以在2-3年內從節約的電費中得到償還。以下簡單介紹幾種比較方法。
3。1總擁有費用法，簡稱TOC（Total Owning Cost）
總擁有費用法是一種評價變壓器能源效率比較全面的方法，無論對於電力企業還是非電力企業使用者，都能透過此方法比較變壓器的總擁有費用，從而達到節約資金的目的。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。總擁有費用法透過比較具有不同效率水平和不同價格變壓器的總擁有費用，按照總擁有費用最低來選擇變壓器的效率水平。
3。1。1 TOC的計算公式
TOC＝C＋A×PNL＋B×PLL
式中PNL一變壓器額定空載損耗或鐵損，kW；PLL一變壓器額定負載損耗或銅損，kW；A一變壓器壽命期間空載損耗的資本費用（查表可知），元/kW ；B一變壓器壽命期間負載損耗的資本費用（查表可知），元/kW；C一變壓器初始費用（方案對比時可只用其裝置價格），元。
3。1。2計算式引數的確定
空載損耗PNL=P0+Kq0=P0+K （I0 % Se/100）
負載損耗PLL=Pf+KQf=Pf+K （Ud % Se/100）
式中P0一變壓器額定空載有功損耗（即鐵損），kW；Q0一變壓器額定勵磁功率，kvar；Pf一變壓器額定負載有功損耗（即銅損），kW；Qf一變壓器額定負載勵磁功率，kvar；K一無功經濟當量，按變壓器在電網中的位置取值，一般可取K=0。1kW/kvar；I0％一變壓器空載電流率；Ud％一變壓器阻抗電壓率；Se一變壓器額定容量，kVA。
3。1。3 TOC一法的計算舉例
計算S9一800/10與S11一800/10變壓器的總擁有費用比較，使用年限20年，變壓器執行在有色冶煉廠，三班制生產，變壓器的負載率為75%。
（1）變壓器額定空載及負載損耗
①空載損耗PNLS9=P0+KQ0=K （I0%Se/100）＝1。40+0。1×0。008×800=2。04kW；
同理，PNLS11＝1。62kW。
②負載損耗
PLLS9=Pf+KQf=Pf+K（Ud%Se/100）=7。5+0。1×0。045×800=11。1Kw；
同理，PLLSIt＝11。09kW。
（2）變壓器空載與負載的損耗費用（使用期限20年）
查表可得（有色冶煉行業，負載率為75%）：A＝48672元／kW， B＝17668元／kW。
①空載損耗費用：S9變壓器為A×PNIS9 =2。04×48672＝99291元；
S11變壓器A×PNLS11=1。62×48672＝78849元。
②負載損耗費用：S9變壓器B×PLLS9=11。1×17668＝196115元；
S11變壓器B×PLLS1＝11。1×17668＝196115元。
（3）變壓器單價：S9為63640元；S11為70004元。
（4）使用期20年的TOC一總擁有費用
TOCS9=63640+99291+196115＝359046元；
TOCS11＝70004+78849+195938＝344968元。
由此可見，TOCS11< TOCS9，說明S11變壓器要比S9效率高。
3。2投資回收年限法
3。2。1簡單計算，即不考慮資金的時間因素只計算支出費用
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。2考慮資金時間價值的回收年限計算
計算兩變壓器（兩方案）總擁有費用相等時使用年數N值，便得計及資金時間價值的回收年。
計算式（兩變壓器的TOC值相同時）為：兩種變壓器投資價差＝KPW×兩種變壓器年耗電費用價差。
此處的KPW是兩種變壓器投資價差和年耗電費用價差相等時的現值係數。
故KPW＝兩種變壓器投資價差／兩種變壓器年耗電費用價差。
假設，通貨膨脹率n=0，年利率i =0。07，依據現值係數KPW公式算出N值，有：
N＝log （1－0。07 KPW）/log ［ l /（1+0。07）］
3。2。3回收年計算舉例
用S9型的35kV、3150kVA變壓器更換Si型的35kV、3200kVA老舊變壓器，計算S9更換時投資的回收年限。投資只計算購置S9變壓器費用179800元；未計入更換下來S1老舊變壓器的回收價值和更換過程中的拆裝費用。使用條件為三班制生產，變壓器負載率為75%。
（1） 簡單計算更換時投資的回收年
①分別計算出兩變壓器的損耗值
SJ變壓器空載損耗
（2）計算資金時間價值的回收年
KPW＝兩種變壓器投資價差／兩種變壓器年耗電費用差＝（179800－0）/（200478。4－108651。2）＝1。96年。
將KPW=1。96代入現值係數的計算式，便可得到計入計算資金時間價值的回收年N=log （1－0。07×1。96）÷log［ 1／（1＋0。07）］＝2。18年。
結束語
由以上舉例可以看出，更換老舊變壓器的節能潛力巨大，節能效果明顯，對當前提出的建立節約型社會、建立節約型企業有很重要的意義，但是由於人們還意識不到這一點，認為新變壓器需要重新投資，老舊變壓器只要不報廢就可以一直用下去。這種不考慮變壓器本身的消耗，也沒有計算兩者的節能效益及投資新變壓器回收年限的觀點是不科學的。所以，提高人們的節能意識和責任意識、宣傳推廣節能措施具有重要的價值。
1998年，國家計委、原國家科委及原第一機械工業部在“第十八批節能機電產品推廣專案和十七批淘汰產品目錄”中明確規定了禁止生產和銷售S7系列變壓器產品，推薦使用S9系列節能變壓器。2000年年初，原國家經濟貿易委員會和國家發展計劃委員會聯合頒佈的《節約用電管理辦法》中明確指出，要加速變壓器的更新改造、推廣節能型變壓器。這是我國政府第一次將變壓器的節能改造工作列入相關的法律法規中。2002年1月，原國家經濟貿易委員會和國家質量技術監督局啟動了變壓器能效標準的制定工作。該標準的制定將進一步有助於規範變壓器市場、促進節能型變壓器產品的應用和發展。
