0 前言

能量损耗在电力传输系统中是不可避免的，电力变压器是电力传输系统中的主要设备，由于电阻和磁阻的存在，因此变压器在运行过程中产生大量的热量，这些热量主要是通过变压器的冷却系统将热量散发到周围空气中去。这样的冷却方式不仅造成了部分的能源浪费，同时也造成了热污染[1]。中国作为当今世界最大的制造业国家，工业能耗占社会总能耗的2/3。相比于发达国家，中国能源利用的热效率低下，平均不足50%。中国工业领域存在巨大的节能需求，从技术应用角度，节能潜力较大的还是在工艺节能技术及余热回收利用技术上[2-3]。为了解决变压器油中余热回收利用的问题，本文以13座500 kV变电站作为普查对象，调查了变电站采暖期、采暖方式、采暖用电量、空调用电量、总采暖功率和站供热面积等变电站基础信息，以及有功功率、无功功率和油温等主变压器运行信息，对这些信息进行了统计分析。同时，鉴于变压器油温度相对较低，不能直接利用，分析了用热泵将变压器油中低位热源转换为变电站供暖的高位热源的可行性，利用了变压器油中余热，降低了变压器油温，为变电站冬季采暖提供了热源。实验室模拟应用和工程实际应用结果表明，利用变压器余热的采暖系统较传统电加热采暖有良好的经济效益和环保效益。

1 变电站普查情况

目前，哈南、群林和大庆变电站各有2台主变压器运行，其它变电站都是1台主变压器运行。每个变电站选1台主变压器作为普查对象(三相分体变压器统计台数为3台)，其中，黑河换流站主变压器为三相一体式，其它12个变电站皆为三相分体变压器，统计合计为37台。

1.1 主变压器基本信息

500 kV变电站主变压器容量分别为360 MVA(三相一体)、3×334 MVA、3×267 MVA和3×250 MVA。变电站名称、空载损耗、负载损耗和油重等参数如表1所示。

1.2 变电站基本信息

1.2.1 360 MVA

教学过程中，各种教学要素如果配合合理、恰当，达到一种和谐状态，它们就会形成合力，促进课堂教学质量的提高和学生素质的健康发展。相反，如果它们配合得不够合理，就会形成一种分力，每种要素不仅不能发挥自身优势，还会抵消其他要素的功能，直接影响课堂教学效果。所以，在上课之前，教师要考虑如何使教学各要素及教学过程与教学环境之间达到和谐状态，这是教师从备课到上课要一直贯穿的思想。

调查结果表明，变压器油温受变压器电负荷功率、环境温度和投入使用变压器散热器数量综合因素影响。散热器是保证变压器在正常内部温度下运行的装置，一台变压器两侧会有数组并联的散热器，可按照变压器顶层油温的实际情况分组开启或关闭散热器。根据变压器电负荷功率、环境温度情况来控制散热器开关即可实现变压器油温调节。

黑河换流站主变容量为360 MVA，采暖信息如表2所示。

 

表1 变电站主变压器基本参数

 

Table 1 Basic parameters of transformer substation

  

容量/(MVA)变电站名称空载损耗/kW负载损耗/kW油重/t360黑河换流站120.00390.127140.0334永源68.60443.60074.0前进69.28318.91061.0集贤69.60336.30064.4250松北68.84327.68061.5兴福70.30308.60057.0林海54.60322.80065.0群林90.90435.00052.5庆云72.00293.00043.0267哈南115.00256.000225.0方正90.90435.00052.5冯屯115.00256.00053.0大庆115.00256.00053.0

1.2.2 3×334 MVA

6个变电站主变容量为3×267 MVA，采暖期均为180天，哈南和大庆变电站为电锅炉采暖方式，冯屯变电站为挂壁式电暖气和电锅炉混合采暖方式，其它站均为挂壁式电暖气采暖，基础采暖信息如表4所示。

1.2.3 3×267 MVA

永源变电站主变容量为3×334 MVA，采暖期为180天，采暖信息如表3所示。

 

表2 黑河换流站基础采暖信息

 

Table 2 Basic heating information of Heihe converter station

  

采暖期/d采暖方式采暖用电量/(kW·h)空调用电量/(kW·h)供热面积/m2采暖功率/kW单位面积采暖用电量/(kW·h·m-2)210挂壁式电暖气349800965001584.197220.8

 

表3 永源站基础采暖信息

 

Table 3 Basic heating information of Yongyuan station

  

采暖期/天采暖方式采暖用电量/(kW·h)空调用电量/(kW·h)供热面积/m2采暖功率/kW单位面积采暖用电量/(kW·h·m-2)180挂壁式电暖气37000061000820224451.2

 

表4 主变容量为3×267 MVA变电站基础采暖信息

 

Table 4 Basic heating information ofstation with main transformer capacity is 3×267 MVA

  

变电站采暖用电量/(kW·h)空调用电量/(kW·h)供热面积/m2采暖功率/kW单位面积采暖用电量/(kW·h·m-2)哈南620000(最大)690001615.0270.0383.9庆云164800(最小)46000904.643.0182.2平均值318683716671220.0108.3261.2

由普查结果可以看出，变电站建筑主要采用电暖气采暖。

5个变电站主变容量为3×250 MVA，采暖期均为180天，采暖方式均为挂壁式电暖气，基础采暖信息如表5所示。

 

表5 主变容量为3×250 MVA变电站基础采暖信息

 

Table 5 Basic heating information ofstation with main transformer capacity is 3×250 MVA

  

变电站采暖用电量/(kW·h)空调用电量/(kW·h)供热面积/m2采暖功率/kW单位面积采暖用电量/(kW·h·m-2)松北428900(最大)460001314.3268.0326.3林海182300(最小)410001317.4140.0138.4平均值256300460001126.6155.1227.5

1.2.4 3×250 MVA

2 变压器运行情况分析

变压器运行情况选取1-7月份的数据进行分析，主要因为1月份环境温度最低，7月份环境温度接近最高，1-7月份平均温差(平均油温与平均环境温度的差值)最具代表性。

360 MVA的黑河换流站主变1-7月份运行情况统计如表6所示。3×334 MVA的永源变电站主变1-7月份运行情况统计如表7所示。3×250 MVA的主变压器运行情况统计如表8所示。

 

表6 黑河换流站主变运行情况

 

Table 6 The operation of the main transformer of Heihe converter station

  

时间负载率/%油温/℃环温/℃温差/℃冷却器组风扇开启数目1月28.318.0-3048.0302月17.220.0-2141.0303月26.525.0-1540.0304月28.542.9240.9305月45.259.61841.6306月43.753.92825.9317月44.752.83121.833

 

表7 永源变电站主变运行情况

 

Table 7 The operation of the main transformer of Yongyuan station

  

时间负载率/%油温/℃环温/℃温差/℃冷却器组风扇开启数目1月13.820-2848602月14.422-2042603月12.227-1340604月24.635629605月35.3442222606月35.6472324607月29.746291760

 

表8 容量3×250 MVA变压器运行情况

 

Table 8 The transformer running conditionswith capacity 3×250 MVA

  

变电站负载率/%油温/℃环温/℃温差/℃冷却器组风扇开启数目1月份前进22.812.7-20.032.780集贤27.725.7-15.040.780松北32.720.3-21.041.3140兴福10.025.7-25.050.7140林海26.524.5-21.546402月份前进26.317.3-9.426.780集贤23.526.3-8.735.080松北35.624.3-10.034.3140兴福33.825.3-15.941.2140林海22.824.6-12.537.1403月份前进24.819.7-1.521.280集贤29.532.7-7.640.380松北34.327.3-2.730.0140兴福11.632.7-4.437.1140林海28.531.50.630.9404月份前进29.927.016.011.080集贤34.640.010.030.080松北39.434.615.019.6140兴福16.740.013.027.0140林海33.638.818.020.8407月份前进23.441.026.015.080集贤30.542.530.012.580松北38.645.025.020.0140兴福45.833.028.05.0140林海43.539.027.012.044

从图1可知，在冬季采暖期，开启阀门1，关闭阀门2，蒸发器吸收乙二醇防冻液的热量，热泵工质蒸发，经过压缩机的高温高压工质蒸汽进入冷凝器(风机盘管)，加热室内空气。这时，乙二醇防冻液作为低温热源，室内环境作为高温热源，吸收乙二醇防冻液中的热量，即间接吸收变压器余热。

首先，在实验室对变压器油余热回收系统控制运行方案进行合理设计，确保其运行节能的最大化。在实验室搭建比例模型实验台，对温度传感器、流量传感器、风速测量、风温测量、电功率计量等测控设备进行选择。通过标准工况实验、定流量变温度实验和变流量变温度实验等测定换热器的换热效率，同时测试油循环流量变化和油温变化对系统制热能效比(COP)的影响。

容量为3×267 MVA的主变压器运行情况统计如表9所示。

 

表9 容量3×267 MVA变压器运行情况

 

Table 9 The transformer running conditionswith capacity 3×267MVA

  

变电站负载率/%油温/℃环温/℃油温/℃冷却器组风扇开启数目1月份群林9.724.2-2246.240庆云18.620.3-2343.380哈南31.520.4-2646.462方正21.629.2-2453.262冯屯36.625.0-2045.062大庆54.530.6-1949.6622月份群林9.627.4-1340.440庆云20.423.0-1437.080哈南34.823.1-1841.162方正23.231.6-1344.662冯屯39.928.0-1038.062大庆55.533.5-1043.5623月份群林7.531.0-637.040庆云18.226.2-632.280哈南34.727.3-1138.362方正27.334.0-539.062冯屯38.732.7-234.762大庆55.836.6-238.6624月份群林10.238.01424.042庆云21.033.01518.080哈南35.433.11023.162方正23.842.01527.063冯屯40.539.01920.062大庆56.144.01826.0627月份群林14.442.02814.043庆云21.045.02619.080哈南44.839.12514.163方正36.650.02822.064冯屯50.737.02611.066大庆73.550.02624.066

由表9可知，主变压器平均负载率分别为28.8%、30.6%、30.4%、31.2%和40.2%，平均油温分别为24.9 ℃、27.7 ℃、31.3 ℃、38.2 ℃和43.9 ℃，平均环境温度分别为-22.4 ℃、-13.0 ℃、-5.3 ℃、15.2 ℃和26.5 ℃，平均温差分别为47.3 ℃、40.7 ℃、36.6 ℃、23.0 ℃和17.4 ℃。

在幼虾投苗试验期间，不同覆盖条件下，水池的平均水温在 18～24 ℃（图 1），根据李铭等［1］的研究表明，该温度范围内微生物滋生较少，有利于提高幼虾的成活率。由图1可以看出，日平均水温从高到低为单层薄膜覆盖、对照、双层薄膜覆盖；不同处理下的日平均水温日变化趋势大致相同；单层薄膜覆盖和露天条件下，60 cm水深的水池日平均水温普遍高于30 cm水深的水池；但在双层薄膜覆盖条件下，60 cm水深水池的日平均水温相较于30 cm水深的水池呈现先低后高的趋势，这可能与试验中两次换水有关，双层薄膜覆盖透光率较低，60 cm水深的水池水温回升较慢。

3 变压器油余热利用的可行性分析

通过分析严寒地区变电站油温普查结果，发现如果有一种变压器油余热回收利用的技术，就会解决变压器散热和变电站供热这两个同时存在的问题。一方面将此技术运用到变压器冷却系统，降低了变压器油温；另一方面，合理利用变压器油中余热作为变电站冬季采暖热源，使余热得到充分的利用，有效地减少了能源的消耗，提高了电力传输系统中的能源利用率，以达到节能减排的目的。这种变压器油余热回收利用技术就是用热泵(一种将低位热源的热能转移到高位热源的装置)回收变压器损耗散发的这部分低温余热，即以变压器油作为热泵的低温热源，经热泵提升温度后，通过供热空调系统为变电站采暖供热[4-8]，解决变电站自身冬季供热需求。该技术将变压器负载损耗产生的热量经变压器油带出，变压器油经过换热器与防冻液换热后，由热泵系统提取防冻液中的热量对变电站建筑进行采暖[9-12]。热泵运行原理图如图1所示。

综上所述,左冠状动脉异位起源于肺动脉是一种严重威胁患儿生命的疾病,应用彩色多普勒超声心动图检查,能够评价患者的心功能,准确诊断患者的该病,有利于患儿尽早手术,及早康复。

  

图1 热泵运行原理图

 

Fig.1 Schematic diagram of the heat pump operation

由表8可知，主变压器平均负载率分别为23.9%、28.4%、25.7%、30.8%和36.4%，平均油温分别为21.8 ℃、23.6 ℃、28.8 ℃、36.1 ℃、40.1 ℃，平均环境温度分别为-20.5 ℃、-11.3 ℃、-3.2 ℃、14.4 ℃和27.2 ℃，平均温差分别为42.3 ℃、34.9 ℃、32.0 ℃、21.7 ℃和12.9 ℃。

该项目建成将减少运行管理人员80～100人，每年可节省工程运行管理费630万元。实现了“无人值守、少人值班”的运行管理目标，实施信息化建设，今后向智能化管理迈进，开启了宁夏回族自治区“互联网+智慧水利”的先河。

4 应用情况

监测区的农业种植品类有油菜、水稻、玉米、烤烟、蔬菜、经果林等，不同时期获取的遥感影像，其纹理特征差异较大。4月中旬至5月中旬正处于春茶采摘期，是茶树的生长期，为翠绿色，该时期成茶种植区的影像纹理特征反映显著。而该时期油菜已收割，水稻、玉米、烤烟等种植品类未播种或处于播种幼苗期，与茶叶种植区最易区分。茶树为常年青植物，10月为水稻的收割期，玉米、烤烟均已完成收割，蔬菜、油菜未播种或处于播种幼苗期，这个时期的影像纹理特征反映显著，也是很好的监测时间窗口。结合监测任务情况，本次监测的时间窗口期选择为4月中旬至5月中旬。

其次，在青冈220 kV变电站对变压器油余热回收系统进行了工程应用。经过1年的运行，利用变压器油余热系统年运行总耗电量为4.75万kW·h，按当时工业电价为0.51元/kW·h计算，一个采暖季运行费用为2.42万元。而传统变电站采暖空调系统全部采用电能进行采暖，一个采暖季需要耗电14.64万kW·h，折合成电费7.47万元。利用变压器油余热系统年运行费用比传统变电站节约5.05万元。系统初投资51.7万元，比传统变电站暖通空调系统高出31.7万元，通过6年使用期即可收回成本，系统经济性良好。利用变压器余热回收的热泵系统一个采暖期运行节省电能9.89万kW·h，折合成标准煤31.6 t，减少CO2排放量82.9 t，环保效益显著。

5 结 论

本文根据13座500 kV变电站的基础信息和负载率等主变压器运行信息，得到了变电站主变压器的平均负载率、平均油温、平均环境温度和平均温差等数据。对变压器油余热利用的可行性进行了分析，提出了一种利用变压器油中余热、减少能源浪费、保证变压器安全稳定运行的技术，并分别在实验室和青冈220 kV变电站进行了模拟应用和工程实际应用。通过分析和工程实际应用得到以下结论：

《大学》中又写道：为人君，止于仁；为人臣，止于敬；为人子，止于孝；为人父，止于慈；与国人交，止于信。”《尚书》中的“民为邦本，本固邦宁”，“仁者爱人”，“出入相友，守望相助。”“忠信，礼之本也；义理，礼之文也。无本不正，无文不行(《礼记·礼器》)。”“礼形于外”，“道诚于心”。以忠信、诚意按照一定的礼节规程相互表达“仁义”则“智”（意指思想道德，在今天也可延伸为科学与人文精神）成。

1)根据变压器电负荷功率、环境温度情况可以控制散热器开启数量，调节变压器油温。

从文献上得证，19世纪下半叶出现和欧洲工业革命同步、起源于法国的资产阶级革命和启蒙运动后的第一代西方女权主义。它的代表人物是英国的Harriet Tyler Mill。第一代西方女权主义最初的诉求为妇女在受教育、立法上、经济上应该和男性相平等。它最主要是从经济上去诉求妇女的解放，而且这对马克思主义社会主义女权运动产生了非常大的影响，而中国20至40年代的一些社会主义者受到的女权主义影响应该是属于这一代的。这一时期女权主义主要是一些实践活动，比如蔡特金领导的妇女同工同酬的运动和"三八国际妇女节"的诞生。

2)结合变电站建筑供热布局和变压器油温等数据，利用热泵技术回收变压器油中的低位热源，转化为可供变电站取暖的高位热源，回收利用了变压器余热，降低了变压器运行温度。

3)工程实际应用结果表明，利用变压器余热采暖系统较电加热采暖有良好的经济效益和环保效益。

参考文献:

[1] 尉迟斌．实用制冷与空调工程手册[M]．北京：机械工业出版社，2002．

YÜCHI Bin．Practical Handbook of Refrigeration and Air Conditioning Engineering[M]．Beijing：Machinery Industry Press, 2002．

[2] 郑晓娟．螺杆式冷水(热泵)机组废热回收开发应用[J]．制冷，2005，24(1):81-83．

ZHENG Xiaojuan．Development and application of screw type cold water (heat pump) unit waste heat recovery[J]．Refrigeration，2005，24(1):81-83．

[3] 杨琦．循环冷却水系统中的余热利用探讨[J]．给水排水，2009，35(2):80-82．

YANG Qi．Discussion on utilization of residual heat in circulating cooling water system[J]．Water Supply and Drainage，2009，35(2):80-82．

[4] 苗建军，张长江．余热型空调技术在热电冷联产系统中的应用[J]．制冷与空调，2009，19(3)：72-77．

MIAO Jianjun，ZHANG Changjiang．Application of waste heat air conditioning technology in cogeneration system[J]．Refrigeration and Air Conditioning，2009，19(3)：72-77．

[5] 沈鑫，李永光．利用变压器余热的变电站供热空调系统的研究[J]．建筑热能通风空调，2009，21(6)：74-76．

SHEN Xin，LI Yongguang．Research on substation heating and air conditioning system using transformer waste heat[J]．Building Energy and Environment，2009，21(6)：74-76．

[6] 端木琳．变压器余热利用的分析与探讨[J]．沈阳建筑工程学院学报，1993，14(1):62-64．

DUAN Mulin．Analysis and discussion on utilization of waste heat of transformer[J]．Journal of Shenyang Architectural and Civil Engineering Institute，1993，14(1):62-64．

[7] 王如竹，吴静怡，许煜雄，等．吸附式空调的性能研究[J]．工程热物理学报，1999，19(4)：401-404．

WANG Ruzhu，WU Jingyi，XU Yixiong，et al．Study on the performance of adsorption air conditioner[J]．Journal of Engineering Thermophysics，1999，19(4)：401-404．

[8] 赵斌，张霄元．变压器顶层油温预测及其数学模型的参数辨识[J]．高电压技术，2004，30 (6)：9-13．

ZHAO Bin，ZHANG Xiaoyuan．Parameter identification of transformer top oil temperature modeland prediction of top oil tempeature[J]．High Voltage Engineering，2004，30 (6)：9-13．

[9] 魏本刚，黄华，傅晨钊，等．基于修正热路模型的变压器顶层油温及绕组热点温度计算方法[J]． 华东电力， 2012， 40 (3)： 444-447．

WEI Bengang, HUANG Hua, FU Chenzhao, et al．Algorithm for transformer top-Oil temperature and winding hot-Point temperature basedon modified thermal circuit model[J]．East China Electric Power，2012，40 (3)：444-447．

[10] 黄华，傅晨钊．大型电力变压器状态分析综述[J]．华东电力，2004，32(3)：23-26．

HUANG Hua，FU Chenzhao．Comprehensive summary ofcondition analysis of large power transformer [J]．East China Electric Power，2004，32(3)：23-26．

[11] 陆志浩．根据温升试验数据评估500 kV 变压器正常周期性过负荷能力[J]．华东电力，2002，30(1)：6-8．

LU Zhihao．Evaluation for 500 kV transformer's performanceunder normal periodic overload by temperature-rise test data[J]．East China Electric Power，2002，30(1)：6-8．

[12] 周利军，吴广宁，汤浩，等．计算Scott 牵引变压器内部温升的热路模型法[J]．高电压技术，2007，33(3)：136-139．

ZHOU Lijun，WU Guangning，TANG Hao，et al．Heat circuit method for calculating temperature rise of Scott traction transformer[J]．High Voltage Engineering，2007，33(3)：136-139．