干式變壓器的未來發展趨勢

2019-02-27 15:49 來源:《電力設備市場》雜志 打印 掃碼手機看

  張靜

  (華北電力科學研究院有限責任公司,北京市 100045)

  摘要:傳統的油浸式變壓器以其價格便宜等一系列特點在變壓器市場上占據很大的份額。隨著電力工業的快速發展,對輸變電,配電設備等行業產品的要求越來越高,而干式變壓器正符合這一特點,特別是從上世紀90年代以后,干式變壓器行業如日中天,發展迅速,所以有必要對干式變壓器的特點及未來發展趨勢進行探討,從而推動變壓器技術的發展和應用范圍的擴大。

  關鍵詞:干式變壓器 節能 環保 發展

  百余年來,常規配電是通過油浸配電變壓器提供的。在人們和社會的傳統觀念中,油浸式變壓器一直是輸變電市場中的主流,隨著隨著經濟建設的高速發展及城市建設日益現代化,城市對電力的需求量急劇增加,對輸變電,配電設備等行業產品的要求越來越高,對配變設備的節能降耗、防火性、安全性、可靠性、設備與環境兼容性、安裝與運輸的便利性都提出了更高的要求,干式變壓器以其節能、環保、智能化等諸多優點正在被市場所接受,特別是從上世紀90年代以后,干式變壓器在國內的應用范圍逐漸擴大,不僅用于高層建筑、工廠、井下、發電站和電器產品配套等領域,而且被廣泛用于稠密的居民區、繁華的商業區、景觀區域、機場碼頭、車站、石油化工等重要的設施中。尤其是最近十年,產量更是由不足300萬kVA的年產量增長到4000萬kVA的年產量產量,干式變壓器產量占配電變壓器產量的比例由初期的7.13%提高到30.47%。所以有必要對干式變壓器的現狀及未來發展趨勢進行綜合分析,與油浸式變壓器進行對比,從而對其未來市場前景進行預測。

  1.干式變壓器市場歷史發展狀況

  早在《變壓器》雜志創刊的1964年,德國AEG下屬的變壓器廠就研制出了第一臺20kV級、400kVA銅線繞組環氧樹脂澆注變壓器。1965年獲專利后,又先后向40多個國家和地區轉讓技術。其絕緣等級也從B級提高到F級和H級。由于環氧樹脂澆注變壓器具有一系列優點,它迅速占領除美國以外的世界干式變壓器的市場。目前,在歐洲環氧澆注變壓器占干式變壓器產量的70%左右,空氣絕緣變壓器占干式變壓器的30%左右。在美國則相反,浸漬空氣絕緣變壓器占干式變壓器的70%~80%,余下的是環氧樹脂澆注變壓器。在日本,環氧樹脂澆注變壓器和浸漬空氣絕緣干式變壓器產量各占50%左右,還有少部分是其它防火變壓器。在美國、德國、日本等發達國家,干式變壓器產量已占配電變壓器產量20%以上。在成套變電站中,干式變壓器已占80%-90%。

  自70年代末上海變壓器廠自行設計開發SCL630環氧澆注變壓器以來,國內干式變壓器,特別是環氧澆注干式變壓器的發展可以說是突飛猛進。干式變壓器的制造廠從最初十幾家逐步增加到幾十家,目前已發展到一百多家。在這期間,不少廠家引進國外先進設計制造技術,同時還弓}進了許多關鍵設備。其中:有真空環氧澆注設備、箔式繞線機、硅鋼片自動剪切線等。從引進的技術類別看,我國已擁有歐美各國所有干式變壓器產品各種技術,可以說是集世界各國干式變壓器之技術大成[1]。

  2.干式變壓器的種類

  干式變壓器種類很多,主要有浸漬絕緣干式變壓器和環氧樹脂絕緣干式變壓器兩類。浸漬絕緣干式變壓器是干式變壓器中應用最早的一種,繞組的結構與油浸式類似,早期就是用玻璃絲包線繞制成的繞組浸普通的絕緣漆。這類變壓器繞組制造工裝設備簡單、成本低,但相對其它形式干式變壓器,它承受短路能力較差。另外,繞組的防潮和防塵性能差,變壓器停用再投入使用時,可能因為周圍的環境因素產生吸潮甚至凝露,使其絕緣水平大大降低,使用前必須進行清理和干燥處理。 20世紀90年代末,國內出現了生產H級絕緣的敞開通風干式變壓器(OVDT),其低壓一般為箔式繞組,高壓為層式結構,繞組卷制后不用模子澆注,不用澆注設備,只用普通繞線機繞制即可。繞組采用真空壓力浸漆,經過這樣處理的繞組具有較強承受短路的能力和耐高溫性能。該種變壓器通風散熱較好,有一定的過載裕度,過載能力強,再加上NOMEX紙在防火、防潮、環保安全方面所具有諸多優點,大大提高了它的技術性能。

  環氧樹脂絕緣干式變壓器:環氧樹脂是一種早就廣泛應用的化工原料,它不僅是一種難燃、阻燃的材料,而且具有優越的電氣性能,已逐漸為電工制造業所采用。樹脂澆注式的工藝特點就是必須依靠模具并采用專用澆注設備,在真空狀態下使線圈澆注成型。它又分為有填料樹脂澆注和無填料樹脂澆注兩種類型。有填料樹脂澆注繞組,由于在樹脂中加入石英粉作為填料,可使樹脂機械強度增加,膨脹系數減小,導熱性能提高,從而可降低材料成本,且繞組外觀較好。[2]

  3.干式變壓器在市場競爭中所面臨的挑戰

  干式變壓器以其優越的防火、防爆性能以及維護量小等優點,日益受到廣大電力用戶的歡迎,尤其是在大中城市和工業區35kV及以下供配電網絡中,它正逐步取代油浸式變壓器。但是,隨著國民經濟的持續高速發展,在節能、環保,提高供電可靠性等方面,迫切要求干式變壓器進一步發展。

  近年來,國家和政府提出了建設節約型社會的號召。從電力的生產、供應和消費來看,輸配電過程中存在著巨大的節能潛力,而在輸配電設備中尤以配電變壓器的使用量大、面廣,且影響著中、低壓電網的線損。在電力系統中,配電變壓器的損耗約占輸配電系統損耗的 1/3,占配電系統損耗的 1/2 以上。因此降低配電變壓器的損耗就成了輸配電系統節能降耗的重中之重。

  為了大力推動全社會節能,在國家發改委的指導之下,從 2004 年起,國家對部分用電設備實行《能源效率標識管理辦法》(簡稱能效標識),制定相應的強制的能效標準,并由專門機構執行認證。與此相應,中標認證中心(CSC)于 2005 年7月1日發表公開文件《三相配電變壓器節能產品認證實施規則》,目前已有部分廠家正實施該項認證工作。

  所謂配電變壓器的能效限定值是指在規定測試條件下配電變壓器(包括油浸式與干式)的空載損耗和負載損耗的標準值。這項定義規定了配電變壓器損耗的最大值,即配電變壓器損耗的市場準入值。在本標準中對此項限定值(無論油變與干變)都規定為相當于現行S9 系列的損耗水平,即今后如廠家再生產損耗值大于S9 系列的產品,即屬于非法。

  除此之外,標準中還規定了配電變壓器的目標能效限定值與節能評價值。所謂目標能效限定值是指配電變壓器預期未來的損耗值應降低到的某一水平的數值,標準中的目標期限為 4 年,目標能效值的規定可使廠家進一步明確節能降耗的努力目標。而所謂節能評價值則是用來衡量不同廠家產品在現有能效限定值的基礎之上所能降低能耗水平的程度。在一些國家,節能評價值較之目標能效限定值的損耗水平還要低。考慮到節能評價值在我國是初次實施,因此在制定標準時,將二者的值取為一致,對干式變壓器而言,它相當于現行 S10 系列的損耗水平。

  綜上所知,對干式變壓器的制造廠商而言,今后無論是市場準入或市場競爭,都必須生產節能型干變,否則就將被淘汰。除此之外還必須降低設計的電磁負載(即設計的磁通密度值與電流密度值),因此,可以認為隨著節能變壓器標準的貫徹與節能變壓器認證的開展,干式變壓器廠家正面臨著生產成本的嚴峻挑戰。

  4.干式變壓器的應用及發展

  隨著干式變壓器市場的不斷調整,低噪(2500kVA以下配電變壓器噪聲已控制在50dB以內)、節能(空載損耗降低達25%)的SC(B)10系列的推廣應用,使得我國干式變壓器的性能指標及其制造技術已達到世界先進水平。未來將有更多科技含量高,性能穩定,質量可靠的新產品得以推向市場。

  4.1 新材料新技術

  從高效節能的角度出發,新材料、新技術的應用已經成為變壓器降低損耗的一個重要措施,對于節能環保領域的新材料的需求也呈日益上升的趨勢。近年來在設計中大量采用非晶合金材料、NOMEX絕緣材料、新型變壓器油等新材料,引進 、消化、吸收國外變壓器一流技術及工藝,隨著新的低耗硅鋼片,箔式繞組結構,階梯鐵心接縫,噪聲研究的深入,以及計算機優化設計等新工藝、新技術的引入,將使未來的干式變壓器更加具有競爭力[3]。

  4.2 節能環保

  在眾多能源中,電是最環保的一種能源種類,它很少有“污染排放”。 “節約能源,保護資源”是我國新時期實現可持續發展的偉大戰略的保證和手段,改革開放以來,我國的國民經濟保持在8%的高增率上迅猛增長,已至于能源的供給成為了經濟增長的瓶頸,節能已成為國家發展經濟的一項長遠戰略方針,各行業越來越認識到節能的重大意義,所以低損耗、低局放、低噪聲、防鹽霧、防火及抗短路能力強、性能好的高效、節能、環保型干式變壓器成為未來的發展趨勢。以歐洲標準HD464為基礎,開展干式變壓器的耐氣候(CO、C1、C2)、耐環境(E0、E1、E2)及耐火(F0、F1、F2)特性的研究與認證[4]。

  4.3 高可靠性

  提高產品質量和可靠性,將是人們的不懈追求。在電磁場計算、波過程、澆注工藝、熱點溫升、局放機理、質保體系及可靠性工程等方面進行大量的基礎研究,積極進行可靠性認證,進一步提高干式變壓器的可靠性和使用壽命。

  4.4 大容量

  從50~2500kVA配電變壓器為主的干式變壓器,向10000~20000kVA/35kV電力變壓器拓展,隨著城市用電負荷不斷增加,城網區域變電所越來越深入城市中心區、居民小區、大型廠礦等負荷中心,35kV大容量的小區中心供電電力變壓器將獲廣泛應用。

  4.5 多功能、多領域發展

  目前國內生產干變工廠有上百家,但產量上百萬kVA為數不多,所以未來需要高技術含量高附加值產品,具有環保無污染、難燃、自熄、耐潮濕、節能、低噪音、體積小、無污染、運行維護簡單、能深入負荷中心、安全可靠、抗短路能力強等一系列干式變壓器的優點,同時還具備耐火能力,除了各種型號的干式電力變壓器、干式配電變壓器、非晶合金鐵心變壓器、隔爆變壓器、整流變壓器、接地變壓器、消弧變壓器、自動調諧消弧成套裝備、H級系列控制變壓器、電抗器及智能箱式變電站等品種外,逐步向地鐵牽引整流變壓器、石油石化、城市軌道交通建設、核電、水電站、隔爆變、風電、非晶合金鐵心變壓器以及箱式變電站等多領域發展,從單一變壓器向帶有風冷、保護外殼、溫度計算機接口、零序互感器、功率計量、封閉母線及側出線等多功能組合式變壓器發展。

  5 參考文獻

  [1] 謝毓城. 電力變壓器手冊. 北京: 機械工業出版社, 2003.

  [2] 張長增.環氧澆注干式變壓器的長期耐熱性[ J ].工程技術,2003(1) :35-38

  [3] 龔家瓏.環氧樹脂澆注式和 NOMEX紙絕緣浸漆式干式變壓器技術[ J ].華中電力,2003(6) :54-56

  [4] 謝開,劉永奇,朱治中等.面向未來的智能電網[ J ].中國電力,2008,41(6) :19-22

  6 作者簡介

  張靜(1971—),女,工程師,高級工程師,主要從事電氣方面的研究。

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