干式变压器的未来发展趋势

2018-02-08 10:27 来源:《电力设备》 打印 扫码手机看

张静

(华北电力科学研究院有限责任公司,北京市  100045)

摘要:传统的油浸式变压器以其价格便宜等一系列特点在变压器市场上占据很大的份额。随着电力工业的快速发展,对输变电,配电设备等行业产品的要求越来越高,而干式变压器正符合这一特点,特别是从上世纪90年代以后,干式变压器行业如日中天,发展迅速,所以有必要对干式变压器的特点及未来发展趋势进行探讨,从而推动变压器技术的发展和应用范围的扩大。

关键词:干式变压器  节能  环保  发展

百余年来,常规配电是通过油浸配电变压器提供的。在人们和社会的传统观念中,油浸式变压器一直是输变电市场中的主流,随着随着经济建设的高速发展及城市建设日益现代化,城市对电力的需求量急剧增加,对输变电,配电设备等行业产品的要求越来越高,对配变设备的节能降耗、防火性、安全性、可靠性、设备与环境兼容性、安装与运输的便利性都提出了更高的要求,干式变压器以其节能、环保、智能化等诸多优点正在被市场所接受,特别是从上世纪90年代以后,干式变压器在国内的应用范围逐渐扩大,不仅用于高层建筑、 工厂、井下、发电站和电器产品配套等领域,而且被广泛用于稠密的居民区、繁华的商业区、景观区域、机场码头、车站、石油化工等重要的设施中。尤其是最近十年,产量更是由不足300万kVA的年产量增长到4000万kVA的年产量产量,干式变压器产量占配电变压器产量的比例由初期的7.13%提高到30.47%。所以有必要对干式变压器的现状及未来发展趋势进行综合分析,与油浸式变压器进行对比,从而对其未来市场前景进行预测。

1.干式变压器市场历史发展状况

早在《变压器》杂志创刊的1964年,德国AEG下属的变压器厂就研制出了第一台20kV级、400kVA铜线绕组环氧树脂浇注变压器。1965年获专利后,又先后向40多个国家和地区转让技术。其绝缘等级也从B级提高到F级和H级。由于环氧树脂浇注变压器具有一系列优点,它迅速占领除美国以外的世界干式变压器的市场。目前,在欧洲环氧浇注变压器占干式变压器产量的70%左右,空气绝缘变压器占干式变压器的30%左右。在美国则相反,浸渍空气绝缘变压器占干式变压器的70%~80%,余下的是环氧树脂浇注变压器。在日本,环氧树脂浇注变压器和浸渍空气绝缘干式变压器产量各占50%左右,还有少部分是其它防火变压器。在美国、德国、日本等发达国家,干式变压器产量已占配电变压器产量20%以上。在成套变电站中,干式变压器已占80%-90%。

自70年代末上海变压器厂自行设计开发SCL630环氧浇注变压器以来,国内干式变压器,特别是环氧浇注干式变压器的发展可以说是突飞猛进。干式变压器的制造厂从最初十几家逐步增加到几十家,目前已发展到一百多家。在这期间,不少厂家引进国外先进设计制造技术,同时还弓}进了许多关键设备。其中:有真空环氧浇注设备、箔式绕线机、硅钢片自动剪切线等。从引进的技术类别看,我国已拥有欧美各国所有干式变压器产品各种技术,可以说是集世界各国干式变压器之技术大成[1]

2.干式变压器的种类

干式变压器种类很多,主要有浸渍绝缘干式变压器和环氧树脂绝缘干式变压器两类。浸渍绝缘干式变压器是干式变压器中应用最早的一种,绕组的结构与油浸式类似,早期就是用玻璃丝包线绕制成的绕组浸普通的绝缘漆。这类变压器绕组制造工装设备简单、成本低,但相对其它形式干式变压器,它承受短路能力较差。另外,绕组的防潮和防尘性能差,变压器停用再投入使用时,可能因为周围的环境因素产生吸潮甚至凝露,使其绝缘水平大大降低,使用前必须进行清理和干燥处理。 20世纪90年代末,国内出现了生产H级绝缘的敞开通风干式变压器(OVDT),其低压一般为箔式绕组,高压为层式结构,绕组卷制后不用模子浇注,不用浇注设备,只用普通绕线机绕制即可。绕组采用真空压力浸漆,经过这样处理的绕组具有较强承受短路的能力和耐高温性能。该种变压器通风散热较好,有一定的过载裕度,过载能力强,再加上NOMEX纸在防火、防潮、环保安全方面所具有诸多优点,大大提高了它的技术性能。                                                                      

环氧树脂绝缘干式变压器:环氧树脂是一种早就广泛应用的化工原料,它不仅是一种难燃、阻燃的材料,而且具有优越的电气性能,已逐渐为电工制造业所采用。树脂浇注式的工艺特点就是必须依靠模具并采用专用浇注设备,在真空状态下使线圈浇注成型。它又分为有填料树脂浇注和无填料树脂浇注两种类型。有填料树脂浇注绕组,由于在树脂中加入石英粉作为填料,可使树脂机械强度增加,膨胀系数减小,导热性能提高,从而可降低材料成本,且绕组外观较好。[2]

3.干式变压器在市场竞争中所面临的挑战

干式变压器以其优越的防火、防爆性能以及维护量小等优点,日益受到广大电力用户的欢迎,尤其是在大中城市和工业区35kV及以下供配电网络中,它正逐步取代油浸式变压器。但是,随着国民经济的持续高速发展,在节能、环保,提高供电可靠性等方面,迫切要求干式变压器进一步发展。

近年来,国家和政府提出了建设节约型社会的号召。从电力的生产、供应和消费来看,输配电过程中存在着巨大的节能潜力,而在输配电设备中尤以配电变压器的使用量大、面广,且影响着中、低压电网的线损。在电力系统中,配电变压器的损耗约占输配电系统损耗的 1/3,占配电系统损耗的 1/2 以上。因此降低配电变压器的损耗就成了输配电系统节能降耗的重中之重。

为了大力推动全社会节能,在国家发改委的指导之下,从 2004 年起,国家对部分用电设备实行《能源效率标识管理办法》(简称能效标识),制定相应的强制的能效标准,并由专门机构执行认证。与此相应,中标认证中心(CSC)于 2005 年7月1日发表公开文件《三相配电变压器节能产品认证实施规则》,目前已有部分厂家正实施该项认证工作。

所谓配电变压器的能效限定值是指在规定测试条件下配电变压器(包括油浸式与干式)的空载损耗和负载损耗的标准值。这项定义规定了配电变压器损耗的最大值,即配电变压器损耗的市场准入值。在本标准中对此项限定值(无论油变与干变)都规定为相当于现行S9 系列的损耗水平,即今后如厂家再生产损耗值大于S9 系列的产品,即属于非法。

除此之外,标准中还规定了配电变压器的目标能效限定值与节能评价值。所谓目标能效限定值是指配电变压器预期未来的损耗值应降低到的某一水平的数值,标准中的目标期限为 4 年,目标能效值的规定可使厂家进一步明确节能降耗的努力目标。而所谓节能评价值则是用来衡量不同厂家产品在现有能效限定值的基础之上所能降低能耗水平的程度。在一些国家,节能评价值较之目标能效限定值的损耗水平还要低。考虑到节能评价值在我国是初次实施,因此在制定标准时,将二者的值取为一致,对干式变压器而言,它相当于现行 S10 系列的损耗水平。

综上所知,对干式变压器的制造厂商而言,今后无论是市场准入或市场竞争,都必须生产节能型干变,否则就将被淘汰。除此之外还必须降低设计的电磁负载(即设计的磁通密度值与电流密度值),因此,可以认为随着节能变压器标准的贯彻与节能变压器认证的开展,干式变压器厂家正面临着生产成本的严峻挑战。

4.干式变压器的应用及发展

随着干式变压器市场的不断调整,低噪(2500kVA以下配电变压器噪声已控制在50dB以内)、节能(空载损耗降低达25%)的SC(B)10系列的推广应用,使得我国干式变压器的性能指标及其制造技术已达到世界先进水平。未来将有更多科技含量高,性能稳定,质量可靠的新产品得以推向市场。

4.1 新材料新技术

从高效节能的角度出发,新材料、新技术的应用已经成为变压器降低损耗的一个重要措施,对于节能环保领域的新材料的需求也呈日益上升的趋势。近年来在设计中大量采用非晶合金材料、NOMEX绝缘材料、新型变压器油等新材料,引进 、消化、吸收国外变压器一流技术及工艺,随着新的低耗硅钢片,箔式绕组结构,阶梯铁心接缝,噪声研究的深入,以及计算机优化设计等新工艺、新技术的引入,将使未来的干式变压器更加具有竞争力[3]

4.2 节能环保

在众多能源中,电是最环保的一种能源种类,它很少有“污染排放”。 “节约能源,保护资源”是我国新时期实现可持续发展的伟大战略的保证和手段,改革开放以来,我国的国民经济保持在8%的高增率上迅猛增长,已至于能源的供给成为了经济增长的瓶颈,节能已成为国家发展经济的一项长远战略方针,各行业越来越认识到节能的重大意义,所以低损耗、低局放、低噪声、防盐雾、防火及抗短路能力强、性能好的高效、节能、环保型干式变压器成为未来的发展趋势。以欧洲标准HD464为基础,开展干式变压器的耐气候(CO、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)及耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证[4]

4.3 高可靠性

提高产品质量和可靠性,将是人们的不懈追求。在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系及可靠性工程等方面进行大量的基础研究,积极进行可靠性认证,进一步提高干式变压器的可靠性和使用寿命。

4.4 大容量

从50~2500kVA配电变压器为主的干式变压器,向10000~20000kVA/35kV电力变压器拓展,随着城市用电负荷不断增加,城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心,35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。

4.5 多功能、多领域发展

目前国内生产干变工厂有上百家,但产量上百万kVA为数不多,所以未来需要高技术含量高附加值产品,具有环保无污染、难燃、自熄、耐潮湿、节能、低噪音、体积小、无污染、运行维护简单、能深入负荷中心、安全可靠、抗短路能力强等一系列干式变压器的优点,同时还具备耐火能力,除了各种型号的干式电力变压器、干式配电变压器、非晶合金铁心变压器、隔爆变压器、整流变压器、接地变压器、消弧变压器、自动调谐消弧成套装备、H级系列控制变压器、电抗器及智能箱式变电站等品种外,逐步向地铁牵引整流变压器、石油石化、城市轨道交通建设、核电、水电站、隔爆变、风电、非晶合金铁心变压器以及箱式变电站等多领域发展,从单一变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线及侧出线等多功能组合式变压器发展。

5 参考文献

[1] 谢毓城. 电力变压器手册. 北京: 机械工业出版社, 2003.

[2] 张长增.环氧浇注干式变压器的长期耐热性[ J ].工程技术,2003(1) :35-38

[3] 龚家珑.环氧树脂浇注式和 NOMEX纸绝缘浸漆式干式变压器技术[ J ].华中电力,2003(6) :54-56 

[4] 谢开,刘永奇,朱治中等.面向未来的智能电网[ J ].中国电力,2008,41(6) :19-22 

6 作者简介

张静(1971—),女,工程师,高级工程师,主要从事电气方面的研究。

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