淺談我國變壓器現狀及新型節能方略

摘 要：本文分析了我國能源嚴峻形勢及減排節能的必要性，回顧了變壓器的現狀和技術進步，介紹了新型粘接式三角鐵心變壓器結構原理及節能效果。

關鍵詞：變壓器；節能；粘接式三角鐵心變壓器

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 16-0000-01

一、我國變壓器現狀

我國是世界上電能生產和消費大國，目前裝機容量和發電量均居世界第二位。但是我國運行中變壓器社會擁有量中，不僅有大量20世紀60年代、70年代老舊變壓器，有些單位還有40年代、50年代高耗能老變壓器在運行，老舊變壓器總計100多萬臺，占社會擁有量的40%以上。由于老舊變壓器數量大，造成我國電網損耗率高，相當國外50年代、60年代水平。

二、變壓器技術進步回顧

歷來，決定變壓器能耗的關鍵是鐵心的材質和結構。長期以來，變壓器鐵心均由硅鋼片疊裝而成，由于鐵心有接縫，接縫的磁阻是相同尺寸導磁材料的幾千倍，整體磁阻增大，不但空載電流大、損耗高，而且運行噪聲大。為減少接縫影響和節省材料，人們設計制造過漸開線式半卷半疊式鐵心變壓器和采用三只C型鐵心排列成Y型鐵心變壓器，由于其主磁通回路仍有接縫，技術性能不是很理想。

為了提高材料性能，人們作了大量的工作，由熱軋硅鋼片發展到冷軋晶粒取向硅鋼片，進而發展到非晶合金帶材，材料的導磁性能越來越好，厚度越來越薄，單位損耗越來越小，使變壓器產品的技術性能獲得了很大進步。

在變壓器結構設計上，人們也作了大量的探索和改進，疊片式鐵心的接縫由直接縫改為斜接縫到多級搭接接縫；鐵心剪切加工精度越來越高；特別是采用卷鐵心結構后，由于鐵心無接縫，使其具有重量輕、體積小、損耗低、噪聲低、空載電流小、抗短路能力強等優點，是變壓器鐵心結構技術進步的一次飛躍。由于卷鐵心的加工工藝，能充分發揮薄型硅鋼片低損耗的良好性能，符合片形越來越薄的時代發展潮流。特別是超薄形非晶合金帶材的問世，采用卷鐵心工藝將是其最好的選擇。閉環卷鐵心變壓器的制作難點在于繞組的繞制，但隨著繞制專用設備的不斷開發和改進，上述難點并不難解決。

三、卷鐵心變壓器的最新進展

目前使用的S11型三相平面卷鐵心變壓器，由于三相磁路不平衡，框間磁力線溝通困難，使其性能提高受限；普通立體排列卷鐵心，由于存在以下技術難題，使其性能不穩定：（1）由于同相不同卷鐵心框硅鋼片平面之間互成120度角，接合面成鋸齒形相對，使不同框之間磁力線不能互相溝通，同相鐵心柱中，兩半鐵心磁通密度不一致，最高磁密增大，損耗增加。實驗表明，在相同鐵心柱和窗口尺寸條件下，立體排列卷鐵心比平面排列損耗有所下降，但幅度不大；（2）鐵心框的銜接，沿用變壓器現有技術中的織帶纏繞和鐵心夾件機械夾持固定法，由于夾件的夾持力朝向硅鋼片寬度方向，較薄的硅鋼片剛度不夠，無法將其夾緊，變壓器稍有傾斜和振動，鐵心框之間就會產生磨擦和錯位，造成鐵心片間短路，實驗證明，將夾好的鐵心，每起吊和搬運一次，其空載電流和空載損耗參數就有變化，使變壓器性能極不穩定。

為了攻克上述技術難關，通過采用創新的制作方法，將三只同形半圓截面卷鐵心框，結合面經平整加工和特殊處理后，用特制的絕緣導磁膠，粘接成三角三相變壓器鐵心，摒棄了傳統的綁帶纏繞和夾件機械夾持固定法，使鐵心成一牢固整體，不同框之間結合緊密，磁力線可以互相溝通，鐵心整體電磁性能和機械強度大幅度提高。試制樣機經電力工業部電氣設備質量檢驗測試中心進行了例行試驗、型式試驗和特殊試驗，所有項目全部合格，與同容量S9型疊片式變壓器相比，空載電流降低92%；空載損耗降低47%；負載損耗降低7.5%；噪聲降低13分貝；體積減小1/4；重量減輕1/5，其高效節能性能，大大優于S11型變壓器國家標準，暫命名S[13]型。粘接式三角鐵心三相變壓器的制作方法不但在國內是首創，國際上也無類似先例，三角鐵芯變壓器以其獨特的結構，接近理想狀態的三相等磁路，必將使該項技術處于高效節能變壓器制造行業的科技前沿。

四、變壓器節能前景廣闊

根據變壓器損耗評估計算公式，一臺變壓器一年的損耗電量為：

Ap=8700*（P0+F2*Rk+G*I0%*PN）

式中：Ap----全年損耗電量（kwh）；P0-----變壓器空載損耗（kw）；Rk----變壓器負載損耗（kw）；I0%----變壓器空載電流百分數；PN----變壓器額定容量（KVA）；F----變壓器運行負荷率，一般取0.6；G----無功當量系數，一般取0.05；8700----全年運行小時數。

根據上式，一臺315KVA變壓器，S[13]型與S11、S9型一年損耗的電量分別為13900Kwh，16020Kwh和19540Kwh，即一臺315KVA S[13]型變壓器每年比S11、S9型節電2120Kwh、5640Kwh，分別節電13.3%和28.9%。按1千伏以下普通工業電價0.626元/kwh計，S[13]型比S9型年節約電費3531元；按商業電價0.805元/kwh計，年可節約電費4540元。

目前，S[13]型粘接式三角卷鐵心變壓器的市場售價約比S9型高15%左右，S9型315KVA變壓器價格約41000元（參考價），S[13]型315KVA變壓器價格約47000元（參考價），用戶若選用S[13]型代替S9型，通過節約電費，1年半就可收回多投入的資金，以后每年節約的電費就是純效益。如果采用導磁性能更佳的非合金帶材制造粘接三角卷鐵心變壓器，其節能效果將更加顯著。

參考文獻：

[1]胡景生.變壓器能效與節電技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

[2]變壓器制造技術叢書編審委員會.變壓器鐵心制造工藝[M].北京：機械工業出版社，1998：185-186.