浅谈我国变压器现状及新型节能方略

浅谈我国变压器现状及新型节能方略

摘要：本文分析了我国能源严峻形势及减排节能的必要性，回顾了变压器的现状和技术进步，介绍了新型粘接式三角铁心变压器结构原理及节能效果。

关键词：变压器；节能；粘接式三角铁心变压器

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014）16-0000-01 一、我国变压器现状

我国是世界上电能生产和消费大国，目前装机容量和发电量均居世界第二位。但是我国运行中变压器社会拥有量中，不仅有大量20世纪60年代、70年代老旧变压器，有些单位还有40年代、50年代高耗能老变压器在运行，老旧变压器总计100多万台，占社会拥有量的40%以上。由于老旧变压器数量大，造成我国电网损耗率高，相当国外50年代、60年代水平。

二、变压器技术进步回顾

历来，决定变压器能耗的关键是铁心的材质和结构。长期以来，变压器铁心均由硅钢片叠装而成，由于铁心有接缝，接缝的磁阻是相同尺寸导磁材料的几千倍，整体磁阻增大，不但空载电流大、损耗高，而且运行噪声大。为减少接缝影响和节省材料，人们设计制造过渐开线式半卷半叠式铁心变压器和采用三只C型铁心排列成Y型铁心变压器，由于其主磁通回路仍有接缝，技术性能不是很理想。

为了提高材料性能，人们作了大量的工作，由热轧硅钢片发展到冷轧晶粒取向硅钢片，进而发展到非晶合金带材，材料的导磁性能越来越好，厚度越来越薄，单位损耗越来越小，使变压器产品的技术性能获得了很大进步。

在变压器结构设计上，人们也作了大量的探索和改进，叠片式铁心的接缝由直接缝改为斜接缝到多级搭接接缝；铁心剪切加工精度越来越高；特别是采用卷铁心结构后，由于铁心无接缝，使其具有重量轻、体积小、损耗低、噪声低、空载电流小、抗短路能力强等优点，是变压器铁心结构技术进步的一次飞跃。由于卷铁心的加工工艺，能充分發挥薄型硅钢片低损耗的良好性能，符合片形越来越薄的时代发展潮流。特别是超薄形非晶合金带材的问世，采用卷铁心工艺将是其最好的选择。闭环卷铁心变压器的制作难点在于绕组的绕制，但随着绕制专用设备的不断开发和改进，上述难点并不难解决。

三、卷铁心变压器的最新进展

目前使用的S11型三相平面卷铁心变压器，由于三相磁路不平衡，框间磁力线沟通困难，使其性能提高受限；普通立体排列卷铁心，由于存在以下技术难题，使其性能不稳定：（1）由于同相不同卷铁心框硅钢片平面之间互成120度角，接合面成锯齿形相对，使不同框之间磁力线不能互相沟通，同相铁心柱中，两半铁心磁通密度不一致，最高磁密增大，损耗增加。实验表明，在相同铁心柱和窗口尺寸条件下，立体排列卷铁心比平面排列损耗有所下降，但幅度不大；（2）铁心框的衔接，沿用变压器现有技术中的织带缠绕和铁心夹件机械夹持固定法，由于夹件的夹持力朝向硅钢片宽度方向，较薄的硅钢片刚度不够，无法将其夹紧，变压器稍有倾斜和振动，铁心框之间就会产生磨擦和错位，造成铁心片间短路，实验证明，将夹好的铁心，每起吊和搬运一次，其空载电流和空载损耗参数就有变化，使变压器性能极不稳定。

为了攻克上述技术难关，通过采用创新的制作方法，将三只同形半圆截面卷铁心框，结合面经平整加工和特殊处理后，用特制的绝缘导磁胶，粘接成三角三相变压器铁心，摒弃了传统的绑带缠绕和夹件机械夹持固定法，使铁心成一牢固整体，不同框之间结合紧密，磁力线可以互相沟通，铁心整体电磁性能和机械强度大幅度提高。试制样机经电力工业部电气设备质

量检验测试中心进行了例行试验、型式试验和特殊试验，所有项目全部合格，与同容量S9型叠片式变压器相比，空载电流降低92%；空载损耗降低47%；负载损耗降低7.5%；噪声降低13分贝；体积减小1/4；重量减轻1/5，其高效节能性能，大大优于S11型变压器国家标准，暂命名S[13]型。粘接式三角铁心三相变压器的制作方法不但在国内是首创，国际上也无类似先例，三角铁芯变压器以其独特的结构，接近理想状态的三相等磁路，必将使该项技术处于高效节能变压器制造行业的科技前沿。

四、变压器节能前景广阔

根据变压器损耗评估计算公式，一台变压器一年的损耗电量为：

Ap=8700*（P0+F2*Rk+G*I0%*PN）

式中：Ap----全年损耗电量（kwh）；P0-----变压器空载损耗（kw）；Rk----变压器负载损耗（kw）；I0%----变压器空载电流百分数；PN----变压器额定容量（KVA）；F----变压器运行负荷率，一般取0.6；G----无功当量系数，一般取0.05；8700----全年运行小时数。根据上式，一台315KVA变压器，S[13]型与S11、S9型一年损耗的电量分别为13900Kwh，16020Kwh和19540Kwh，即一台315KVA S[13]型变压器每年比S11、S9型节电2120Kwh、5640Kwh，分别节电13.3%和28.9%。按1千伏以下普通工业电价0.626元/kwh计，S[13]型比S9型年节约电费3531元；按商业电价0.805元/kwh计，年可节约电费4540元。

目前，S[13]型粘接式三角卷铁心变压器的市场售价约比S9型高15%左右，S9型315KVA 变压器价格约41000元（参考价），S[13]型315KVA变压器价格约47000元（参考价），用户若选用S[13]型代替S9型，通过节约电费，1年半就可收回多投入的资金，以后每年节约的电费就是纯效益。如果采用导磁性能更佳的非合金带材制造粘接三角卷铁心变压器，其节能效果将更加显著。

参考文献：

[1]胡景生.变压器能效与节电技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

[2]变压器制造技术丛书编审委员会.变压器铁心制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1998：185-186.

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