配電變壓器行業(yè)發(fā)展形勢(shì)及預(yù)測(cè)

　　一.概述

我國(guó)配電變壓器通常是指電壓為35kV和10kV及以下、容量為 6300kVA以下直接向終端用戶供電的電力變壓器。目前全國(guó)網(wǎng)上運(yùn)行的配電變壓器總電能損耗約為411億kWh，約占2000年總發(fā)電量的3.16%。盡管配電變壓器已是高效率的設(shè)備(95-99%)，但由于其數(shù)量巨大和空載耗電的固定性，變壓器效率即便有微小的改進(jìn)也能獲得相當(dāng)大的能源節(jié)約和減少溫室氣體的排放，因此其本身存在著巨大的節(jié)能潛力。

90年代后期，我國(guó)配電變壓器行業(yè)發(fā)展速度較快。1997年以來(lái)，由于受到城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程的拉動(dòng)，電力變壓器行業(yè)保持了良好的發(fā)展勢(shì)頭。1999年電力變壓器產(chǎn)量增長(zhǎng)24.81%。2000年電力變壓器產(chǎn)量增長(zhǎng)15.88%,配電變壓器的數(shù)量比重增加：1999年配電變壓器數(shù)量比重由1998年的34.72%上升到39.51%，增長(zhǎng)5個(gè)百分點(diǎn);2000年配電變壓器數(shù)量比重為 36.89%。(10kV6,300KVA及以下變壓器產(chǎn)量為304,099臺(tái)，41,778KVA，35kV6,300KVA及以下變壓器產(chǎn)量為 7,821臺(tái)，9316.4KVA)。城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造工程所選用的油浸式配電變壓器設(shè)備已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)了由S7型向S9型的轉(zhuǎn)變。

隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的不斷進(jìn)步，新材料、新工藝的不斷應(yīng)用，新的低損耗配電變壓器相繼開發(fā)成功。國(guó)內(nèi)許多變壓器制造廠商投入了大量資金引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的制造技術(shù)及設(shè)備，不斷研制開發(fā)低損耗變壓器和各種結(jié)構(gòu)形式的變壓器，如油浸變壓器已出現(xiàn)比新S9系列更節(jié)能的S10、S11系列，新干式變壓器的SC9系列以及非晶合金鐵心等低損耗等產(chǎn)品都顯示了我國(guó)配電變壓器的節(jié)能潛力。

此外，在網(wǎng)上運(yùn)行的配電變壓器中役齡超過(guò)20年效率低的老舊變壓器約占10%以上，估算容量約為2.4億kVA,這些變壓器是按照六、七十年代標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，損耗非常高，如果花一定投資用S9去替換老舊變壓器必定會(huì)獲得很大經(jīng)濟(jì)效益。依不同容量的計(jì)算，購(gòu)置S9變壓器去替換舊變壓器的投資回報(bào)年一般只需2~3年(未計(jì)舊變壓器回收費(fèi)和拆裝費(fèi)條件)，其節(jié)能潛力巨大。

二.變壓器發(fā)展趨勢(shì)及產(chǎn)品特點(diǎn)

我國(guó)配電變壓器行業(yè)經(jīng)過(guò)不斷努力，在90年代以后較過(guò)去有了突破性的進(jìn)展，變壓器性能不僅是鐵心硅鋼片材質(zhì)的改進(jìn)，而且在容量結(jié)構(gòu)和制造工藝都有所突破，因而在節(jié)能降耗、降低空載電流和噪音都取得較大進(jìn)展。

1.近年來(lái)節(jié)能配電變壓器產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)

1.1卷鐵心配電變壓器(S11型)這種變壓器早在60年代已為一些發(fā)達(dá)國(guó)家所采用，近年來(lái)也在我國(guó)逐漸推廣。卷鐵心變壓器的優(yōu)點(diǎn)：

降低變壓器空載損耗。約10~25%，依變壓器容量而變降低空載電流，一般為疊片鐵心的50%變壓器噪音水平顯著降低，小型變壓器可做到37~42dB,減少對(duì)城鎮(zhèn)噪音污染。

1.2單相配電變壓器(D10型)的使用美國(guó)等世界多數(shù)國(guó)家早已在居民低壓配電的單相三線制系統(tǒng)中使用，對(duì)降低低壓配電損耗意義重大，這方面已有較多論著。

變壓器多為柱上式，便于安裝并靠近負(fù)荷中心，通常為少維護(hù)的密封式。與同容量三相變壓器相比，空載損耗和負(fù)載損耗都小，有效材料用量也少，價(jià)格低20~30%。我國(guó)在個(gè)別地方試改制后頗受用戶歡迎。

1.3 非晶合金配電變壓器自1979年美國(guó)聯(lián)信公司發(fā)明非晶片至今，在全世界范圍作為樣品研制和少量生產(chǎn)使用，非晶合金配電變壓器的空載損耗比硅鋼片的下降 70~80%，但至今未全面推廣使用的根本原因是價(jià)格較高。1998年上海置信公司引進(jìn)了美國(guó)GE公司的非晶合金鐵心變壓器的制造技術(shù)，其生產(chǎn)的SH-M 型非晶合金鐵心密封式變壓器額定容量在50~2,500kVA之間，空載損耗在34~700W之間，負(fù)載損耗在870~21,500W之間，空載電流在 1.5~0.5%之間，短路阻抗在4~4.5%之間。

1.4干式配電變壓器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、防火阻燃、防塵等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在對(duì)安全運(yùn)行有較高要求的場(chǎng)合。以前干式配電變壓器用量較少，近年來(lái)發(fā)展很快，目前已占到配電變壓器總量的3~5%，部分大城市已占到50%。

環(huán)氧樹脂干式變壓器在國(guó)內(nèi)取得了很大的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)最高電壓35kV，最大容量20,000kVA的環(huán)氧樹脂干式變壓器。SC9型為干式新型節(jié)能變壓器，損耗比老式產(chǎn)品大大降低，對(duì)比老SC8干式變壓器空載損耗平均降低87.52%負(fù)載損耗平均降低10.27%,對(duì)比S9油浸式空載損耗平均降低 17.34%負(fù)載損耗平均降低23.88%。另外變壓器噪音水平也顯著降低。我國(guó)和歐洲多使用這一類型干式變壓器。

浸漬式干式變壓器（或稱做nomex紙型）是干式變壓器應(yīng)用最早的一種結(jié)構(gòu)，發(fā)展為敞開式通風(fēng)干式變壓器（OVDT），繞組層間、匝間絕緣采用聚脂纖維紙或聚芳胺合成紙（NOMEX紙）。這種結(jié)構(gòu)的繞組經(jīng)真空壓力浸漆（VPI）工藝處理后有足夠的承受短路能力。因?yàn)镹omex紙耐溫等級(jí)為C級(jí)（220℃）是耐高溫絕緣材料，具有阻燃、防潮及優(yōu)良環(huán)保特性，允許長(zhǎng)時(shí)間大負(fù)荷過(guò)載，運(yùn)行可靠性較高。占美國(guó)市場(chǎng)干式變壓器的85%。

1.5箱式變壓器又稱高低壓預(yù)制式變電站,大部分功能部件與變壓器器身均浸入變壓器箱內(nèi)，由變壓器制造廠生產(chǎn)。變電站靠近負(fù)荷中心，可降低線損，也屬于節(jié)能配電變壓器之列。

2．節(jié)能配電變壓器的材料問(wèn)題在開發(fā)新型配電變壓器中，導(dǎo)磁和導(dǎo)電材料的作用十分重要，而這兩方面我國(guó)都比較落后，多年來(lái)沒(méi)有重大突破,硅鋼片幾乎完全靠進(jìn)口。

2.1導(dǎo)磁系統(tǒng)發(fā)展的歷史回顧

我國(guó)64、73標(biāo)準(zhǔn)的變壓器大都采用熱軋硅鋼片作為鐵芯的導(dǎo)磁材料，由于熱軋硅鋼片無(wú)方向性，故三相鐵芯都是采用直接縫。導(dǎo)磁材料的材質(zhì)與鐵芯結(jié)構(gòu)都決定了空載損耗與空載噪聲都具有較大的值。1964年日本發(fā)明了高導(dǎo)磁晶粒取向冷軋硅鋼片，80年代后，我國(guó)進(jìn)口了這種硅鋼片的卷料，推動(dòng)了導(dǎo)磁系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，由于冷軋硅鋼片有方向性；鐵芯柱上不再有接縫，疊片定位方法的改進(jìn)，芯柱與軛片內(nèi)可不設(shè)孔，這就使空載損耗大幅度的降低。

20世紀(jì)90年代，世界上又研制成厚度僅為0.23mm的冷軋晶粒取向硅鋼片，如再經(jīng)過(guò)激光照射或等離子處理，這是最低單位損耗的硅鋼片系列產(chǎn)品，50Hz及1.7T下的單位損耗僅為0.9W/kg。

鐵芯結(jié)構(gòu)上又出現(xiàn)階梯45°接縫的最新結(jié)構(gòu)，使空載損耗與空載噪聲又一次降低，使配電變壓器向低損耗、低噪聲方面發(fā)展又邁進(jìn)了一步，空載損耗降低60％。

1974 年美國(guó)聯(lián)信公司研制出鐵基非晶合金，1978年美國(guó)GE公司測(cè)出6OHz及1.5T下的單位損耗為0.44W/kg。1980年聯(lián)信公司首次推出 15kVA非晶鐵芯配電變壓器，以后，美國(guó)GE公司制成2500kVA非晶鐵芯配電變壓器。空載損耗比用激光處理高導(dǎo)磁晶粒取向冷軋硅鋼片又降低了 70%。我國(guó)也在1994年研制成一批非晶鐵芯配電變壓器，有些廠已具備批量生產(chǎn)非晶鐵芯配電變壓器的能力。

從以上發(fā)展歷史的回顧中可知，導(dǎo)磁材料的發(fā)展，促進(jìn)導(dǎo)磁材料加工設(shè)備的現(xiàn)代化，鐵芯結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，空載損耗與空載噪聲的大幅度下降，使變壓器可安裝在居民區(qū)附近。

2.2導(dǎo)電系統(tǒng)的繞組發(fā)展的歷史回顧

在我國(guó)配電變壓器的發(fā)展歷史中，也曾用過(guò)鋁導(dǎo)線，雖可滿足性能要求，但國(guó)內(nèi)用戶不歡迎鋁線變壓器，目前已不再生產(chǎn)鋁線變壓器。

為了降低負(fù)載損耗，從材質(zhì)上，國(guó)內(nèi)已大量采用無(wú)氧銅導(dǎo)線；除扁導(dǎo)線、圓導(dǎo)線外，還采用銅箔。因?yàn)闊o(wú)氧銅的電阻率低，表面又光亮，故負(fù)載損耗可低。

繞組結(jié)構(gòu)發(fā)展中，注意散熱性能的改進(jìn)，盡量采用縱向散熱油隙；同時(shí)繞組的緊固結(jié)構(gòu)保證短路電流產(chǎn)生的機(jī)械力的承受能力。

2.3其它結(jié)構(gòu)的改進(jìn)

傳統(tǒng)的配電變壓器都用于中點(diǎn)絕緣的10kV系統(tǒng)中，故繞組的聯(lián)結(jié)組都選Yyn0，隨著非線性負(fù)載的增長(zhǎng)，卷鐵芯結(jié)構(gòu)的選用，繞組的聯(lián)結(jié)組在向Dyn11過(guò)渡。