配电变压器产业现状与发展趋势

2022-09-11

能源是人类社会赖以生存的物质基础, 是国民经济发展的动力。随着国民经济的发展, 电力作为优质的二次能源, 广泛应用在国计民生各个领域中, 确定为当今世界“能源的发展是以电力为中心”, 电力越来越被人们所关注。变压器是交流输电、变电、配电过程中主要设备之一, 其中, 配电变压器作为我国目前配电网中最主要的电气产品, 承担着高压电能转换为日常生活或工业需求电能的功能, 可见配电变压器在整个配电网中起着举足轻重的作用[1]。

1 配电变压器在我国的发展沿革

我国自行研制电力变压器始于1971年。在上世纪50年代以前主要采用欧美技术, 50年代后前苏联的技术在我国电力变压器的发展中起主导地位, 变压器制造全面仿苏, 这一过程客观上推动了电力变压器技术的成长。1958年我国开始由仿苏进行自行设计, 60年代我国早期生产的电力变压器皆为依照国家GB500-64和紧闭JBI300-73标准制造的高耗能变压器。至80年代, 设计出全国统一的S7、S9系列变压器, 比原有变压器的损耗平均下降30%左右。低耗能变压器的设计与制造成功, 缩小了变压器产品和国际水平的差距, 是我国变压器技术的一个大进步。90年代后期, 我国配电变压器行业开始进入快速发展时期。1997年以来由于受到城乡电网改造工程的拉动, 电力变压器行业保持良好的发展势头。沈变所在S7系列和老S9系列配电变压器基础上, 设计了新型节能配电变压器, 其空载损耗比S7型号降低10%。城乡电网改造工程所选用的油浸式配电变压器设备已经全部实现了由S7型向S9型的转变。

2 配电变压器的发展现状

2.1 变压器行业的发展

自改革开放以来, 许多变压器制造厂投入大量资金引进国外先进的制造设备、技术, 迅速发展了全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、组合式变电站等, 提高了我国变压器技术水平。粗略统计, 目前全国变压器制造厂家有1300多家, 其中生产配电变压器的厂家有近1100多家。配电变压器市场容量较大, 但是由于技术壁垒较低, 生产厂家众多, 且企业规模小, 行业集中度低, 市场争夺仍很激烈。但是总体上, 配电变压器行业的发展机遇大于困难。

随着的电力投资不断加大, 可以预见输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态。而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业由于中国西电东送, 南北互供, 全国联网的实施, 变压器需求仍将保持平稳增长的态势。

2.2 当前配电变压器的主要类型及优缺点分析

在目前的配电网中, 比较常用的变压器种类主要有:S9-S13系列叠铁心变压器、卷铁心变压器、立体卷铁心变压器、非晶合金铁心变压器、干式变压器、预装箱式变电站、组合式变压器、智能箱式变电站、地下配电变压器、电缆变压器、高燃点油变压器等。随着新材料、新工艺的不断应用, 国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种结构形式的配电变压器。下面拟对其中几种主要的具良好发展前景的变压器做一分析。

2.2.1 干式变压器

干式变压器具有无油、无污染.难燃阻燃, 损耗低、效率高、防潮性能好、减少土建造价、运行维护成本低等优点, 主要有SC (环氧树脂浇注包封式) 、SG (敞开式) 等。SG敞开式干式变压器由于相比SC型具有环保、可回收、超铭牌运行能力强等特点, 随着人们环保意识的加强, 技术的不断提升和成熟, 应用也越来越广泛。目前在美国这种变压器的市场占有率达到85%, 国外各种干式变压器的市场情况和价格比可参见表1[2]。

部分国内变压器生产企业采用美国杜邦公司的技术规范, 生产出OVDT敞开式干式变压器。这种变压器的低压为箔式或多根并绕的螺旋式绕组, 高压为饼式绕组。匝间、层间、饼间垫块以及撑条都采用高密度的诺迈克 (Nomex) 纸。绕组经过多次VPI真空、压力浸渍处理。这种新型变压器的型号是SG10或SGB10型, 它的主要特点是:采用杜邦诺迈克纸为基础的绝缘系统, 在变压器的整个使用寿命期间都保持极佳的电气性能;H级耐热绝缘等级, 允许运行温度为180℃, 承受热冲击能力强、难燃、防火性能高;超常的过负载能力, 无需风机冷却, 允许长期过载20%运行;低损耗、局部放电量小、噪声低、不产生有害气体、不污染环境;体积小、不开裂、维护简便等。由于有以上优点, 目前发展很快, 有替代其他类型干式变压器的趋势。

2.2.2 油浸式变压器

油浸式变压器主要有:S11-S15系列变压器、密封式变压器、非晶合金铁心变压器和卷铁心变压器等。这里重点介绍非晶合金变压器和目前极具应用前景的高燃点油变压器。

非晶合金材料新型导磁材料, 具有以下特性:它的硬度是硅钢片的5倍, 其硬度为900, 接近刚玉的硬度;厚度极薄, 约有0.025mm厚, 是硅钢片的十分之一;制造工艺简单等。在减少空载损耗方面有其特殊的优越性。非晶合金铁心变压器比硅钢片铁心变压器的空载损耗下降70%~80%, 空载电流可下降80%左右, 是目前节能效果较理想的配电变压器。1998年上海置信公司引进了美国GE公司的非晶合金铁心变压器的制造技术, 2000年又与美国霍尼韦尔公司合作建立制造非晶合金铁心的工厂。目前我国非晶合金铁心变压器的制造商已有30多家, 估计已有上万台非晶合金铁心变压器在网上运行, 预计今后会有更大的增长。但其缺点是材料依赖进口, 价格较高。

随着城市建设的发展, 对变压器防火防爆性能要求越来越高。由于绝缘油和绝缘纸的改进, 高燃点油变压器已走入市场应用。以β液浸变压器为例, 较之传统油浸式变压器其寿命至少延长10年, 且在40年的寿命期内, 不需维护和更换β油, 而传统变压器3-5年就需要采取维护措施。其噪音与传统变压器相比亦降低两个容量级, 比国家标准降低了10分贝。采用NOMEX (r) 纸做绝缘, 使变压器性能稳定且更优良。

2.2.3 组合式变电站

变压器在当前配电系统中越来越多的一种用法是组合式变压器, 即箱式变电站。它具有占地少、能深入负荷中心、提高供电质量、减少线路损耗、送电周期短、选位灵活、外形美观、安装使用方便、投资少见效快等优点。自问世以来, 发展极为迅速, 在欧盟已占配电变压器的70%, 在美国已占90%[3], 在我国近些年也获得广泛的应用。

组合式变压器分为欧式、美式两种。欧式箱变是将高、低压控制。保护电器设备直接装入箱内或将高、低压成套装置及变压器装入金属箱体内。是目前较常用的一种方式。这种箱变由于空间较大, 检修、维护较方便。但缺点是尺寸较大, 变压器室温很高, 易引起散热困难。美式箱变是将高压配电装置与变压器主体一齐装入变压器油箱, 使之成为一个整体。这种箱变体积小, 变压器散热好, 但负荷开关浸在油里, 油被电弧碳化, 分解, 性能下降, 易出事故。

箱式变电站的采用率虽然越来越高但国内现阶段使用的箱式变电站绝大多数还在沿用传统的系统控制, 元器件故障点多, 故障率高。采用数字化控制的智能化箱式变电站在正常及事故状态下的监测、保护、通信、计量、控制等融合起来统一管理将成为新型箱变的必然发展方向。

3 配电变压器的发展趋势

可靠和节能是近年来配电变压器产品的主要研究方向, 展望未来配电变压器的发展趋势, 产品开发正在从注重强调降损, 转而从运行可靠性、安全环保、方便维修、节能降耗, 控制成本等方面进行综合考虑, 研制出低损耗、低噪音、安全性强, 抗短路、低局放的变压器。新结构、新工艺、新材料的综合发展与结合, 会不断推出质量更高、可靠性更好的产品。

我国配电变压器总的发展趋势可小结如下:

(1) 采用新材料、新工艺, 降低损耗; (2) 防火防爆, 安全供电; (3) 节约原材料, 降低生产成本; (4) 改善结构, 力求重量轻、体积小; (5) 提高产品的可靠性, 减少甚至逐步取消维修; (6) 提高过载能力, 具有较强的超铭牌运行能力; (7) 采用数字化技术, 实现智能化控制; (8) 引领国际潮流, 达到通用化、标准化和互换化, 增强自身保护功能。

摘要：本文简述了变压器的发展历程, 对目前配电变压器的主要类型及优缺点进行了分析, 指出具有发展潜力的SG型干式变压器、高燃点油系列变压器和箱式变电站等, 并展望了配电变压器的节能、高效、智能的发展方向。

关键词：电力系统,配电变压器,现状,趋势