我國電力變壓器新技術(shù)及未來發(fā)展趨勢
電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和運(yùn)營效益。
一、電力變壓器品種
(一)配電變壓器我國中小型配電變壓器最初是以絕緣油為絕緣介質(zhì)發(fā)展起來的;進(jìn)入20世紀(jì)90年代，干式變壓器在我國才有了很快的發(fā)展。
(1)油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器。為了使變壓器的運(yùn)行更加完全、可靠，維護(hù)更加簡單，更廣泛地滿足用戶的需要，近年來油浸式變壓器采用了密封結(jié)構(gòu)，使變壓器油和周圍空氣完全隔絕，從而提高了變壓器的可靠性。目前，主要密封形式有空氣密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型變壓器的市場占有率越來越高，它在絕緣油體積發(fā)生變化時，由波紋油箱壁或膨脹式散熱器的彈性變形做補(bǔ)償。
(2)干式變壓器干式變壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，又有防火、難燃等特點(diǎn)，我國從20世紀(jì)50年代末即已開始生產(chǎn)，但近10來年才開始大批量生產(chǎn)。干式變壓器種類很多，主要有浸漬絕緣干式變壓器和環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器兩類。
(二)箱式變壓器箱式變壓器具有占地少，能伸入負(fù)荷中心，減少線路損耗，提高供電質(zhì)量，選位靈活，外形美觀等特點(diǎn)，目前在城市10Kv、35kV電網(wǎng)中大量應(yīng)用。我國目前所使用的箱式變壓器，主要是歐式箱變和美式箱變，前者變壓器作為一個單獨(dú)的部件，即高壓受電部分、配電變壓器、低壓配電部分三位一體。后者結(jié)構(gòu)分為前后兩部分，前部分為接線柜，后部分為變壓器油箱，繞組、鐵心、高壓負(fù)荷開關(guān)、插入式熔斷器、后備限流熔斷器等元器件均放置在油箱體內(nèi)。目前有些廠家，已將卷鐵心變壓器移置到箱式變壓器中，使箱式變壓器體積和質(zhì)量都有所減小，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能和低噪聲級。
(三)高壓、超高壓電力變壓器目前，我國已具備了110kV、220kV、330kV和500kV高壓、超高壓變壓器生產(chǎn)能力。超高壓變壓器的絕緣介質(zhì)仍以絕緣油為主，根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展的需要，變壓器的生產(chǎn)技術(shù)正在不斷提高。SF6氣體絕緣高壓、超高壓變壓器正在研究開發(fā)。
二、制造水平總體講，我國電力變壓器技術(shù)處于國際20世紀(jì)90年代初的水平，少量的處于世界20世紀(jì)90年代末的水平，與國外先進(jìn)國家相比，還存在一定的差距。
(一)鐵心材料20世紀(jì)70年代，武漢鋼鐵公司在引進(jìn)消化吸收日本冷軋硅鋼片制造技術(shù)生產(chǎn)冷軋硅鋼片的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)90年代又引進(jìn)了日本高導(dǎo)磁晶粒向冷軋硅鋼片(HI-B)制造技術(shù)，制造出了節(jié)能效果更好的電力變壓器鐵心材料。但是由于產(chǎn)品數(shù)量不能滿足需求及生產(chǎn)工藝兩方面的問題，仍然要從日本、俄羅斯以及西歐等國進(jìn)口部分冷軋硅鋼片。在研制配電變壓器鐵心用非晶合金材料方面，我國于20世紀(jì)90年代初曾由原機(jī)械部、原冶金部、原電力部、國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、原國家科委組成了專門工作組，對非晶合金鐵心材料和非晶合金鐵心變壓器的設(shè)計和制造工藝開展了深入研究，研制的非晶合金鐵心材料基本達(dá)到原計劃指標(biāo)的要求，并于1994年試制出電壓10kV、容量160～500kVA的配電變壓器，經(jīng)電力用戶試用表明，基本達(dá)到實(shí)用化的要求。
但對非晶合金材料制造工藝仍需進(jìn)一步改進(jìn)，才能達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。1998年，上海置信公司引進(jìn)了美國GE公司的制造技術(shù)，用美國非晶合金材料生產(chǎn)了非晶合金鐵心變壓器，目前已能生產(chǎn)電壓10kV、容量50～2500kVA、空載損耗34～700W之間、負(fù)載損耗在870～21500W之間的非晶合金鐵心變壓器，而且已將此種材料應(yīng)用于環(huán)氧樹脂干式變壓器上，進(jìn)一步促進(jìn)了我國非晶合金鐵心變壓器制造水平的提高。我國已有一些變壓器廠家應(yīng)用引進(jìn)非晶合金材料鐵心制造出的產(chǎn)品投入電網(wǎng)運(yùn)行。
(二)工裝設(shè)備20世紀(jì)80年代以前，我國變壓專用設(shè)備技術(shù)水平，整體上是比較低的，除繞線設(shè)備有專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)外，其余絕大部分都是企業(yè)自制的比較簡單的設(shè)備，只有少數(shù)幾家有簡易的鐵心加工縱剪線。進(jìn)入20世紀(jì)80年代變壓器行業(yè)開始引進(jìn)國外先進(jìn)的專用關(guān)鍵設(shè)備，如鐵心縱剪線、低頻電熱燥系統(tǒng)等。到20世紀(jì)90年代，由于干式變壓器的大力推廣，引進(jìn)了一批環(huán)氧澆注設(shè)備和箔式繞線機(jī)，幾個大型生產(chǎn)廠還引進(jìn)了絕緣件加工中心，使我國變壓器生產(chǎn)工裝裝備水平大大提高。國內(nèi)一些專用設(shè)備廠家經(jīng)過消化吸收，也開發(fā)了縱、橫間生產(chǎn)線等專用設(shè)備，這些國產(chǎn)專用設(shè)備，其功能及主要技術(shù)參數(shù)基本達(dá)到或接近國際水平，對保證我國變壓器產(chǎn)品量，提高變壓器的技術(shù)性能，提高生產(chǎn)效率起到了至關(guān)重要的作用。
(三)變壓器工藝設(shè)計近20年，對110kV及以下電壓等級的油浸變壓器進(jìn)行了不少優(yōu)化設(shè)計，已逐步取代了64、73、79、86等標(biāo)準(zhǔn)，目前推行的是20世紀(jì)90年代后期的99標(biāo)準(zhǔn)，形成了節(jié)能變壓器的新系列，使各種損耗進(jìn)一步降低，替代了高能耗產(chǎn)品的生產(chǎn)。1998年國家又進(jìn)一步明確，在電網(wǎng)中運(yùn)行的64系列、73系列老舊變壓器必須淘汰更新，按1979年標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的S7型變壓器也必須停止生產(chǎn)。1998～2001年的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造中大力推行的S9型配電變壓器，符合1999年國家標(biāo)準(zhǔn)。2000年開始，在兩網(wǎng)建設(shè)改造中還使用了卷鐵心變壓器。
在干式變壓器中，在自主開發(fā)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了德國、瑞士、意大利、葡萄牙等國多家公司的有關(guān)10kV、35kV干式變壓器系列的設(shè)計、制造等多種技術(shù)，并早已批量生產(chǎn)10kV、35kV干式變壓器，目前可生產(chǎn)最高電壓等級為110kV、單相容量為1.05萬kVA的干式變壓器，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到引進(jìn)的國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。
在高壓、超高壓設(shè)計方面，除開展了科技攻關(guān)、自主開發(fā)外，在進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來還先后引進(jìn)了日立、東芝、ABB、三菱、西門子等公司的制造技術(shù)。目前在超高壓500kV變壓器制造中，從最初的大部分依賴進(jìn)口，發(fā)展到如今可與進(jìn)口產(chǎn)品具有相當(dāng)競爭能力的產(chǎn)品。隨著三峽工程的建設(shè)需要，引進(jìn)的西門子公司變壓器制造技術(shù)，在三峽水電站左岸應(yīng)用的84kVA三相變壓器制造中，我國已同外商合作，每臺承擔(dān)30%左右的制造份額;對于西門子公司設(shè)計、制造技術(shù)的關(guān)鍵部分已能完全掌握，三峽右岸所用變壓器的制造，應(yīng)用西門子技術(shù)，要求做到由國內(nèi)承制，為參加投標(biāo)創(chuàng)造了條件。
這一切都表明，改革開放以后，在電力變壓器的科技攻關(guān)、技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、科技創(chuàng)新等方面都取得了積極的成效;對掌握各種類型變壓器的制造技術(shù)，提高產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，擴(kuò)大產(chǎn)品產(chǎn)量，增加產(chǎn)品品種都發(fā)揮了積極作用。
制造企業(yè)通過多年的基本建設(shè)和技術(shù)改造，使電力變壓器行業(yè)有了較大改觀，我國變壓器制造業(yè)將逐步接近世界先進(jìn)水平。4、生產(chǎn)能力隨著電力工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)電力變壓器廠家按計劃需求進(jìn)行了建設(shè)和改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國電力變壓器生產(chǎn)廠家約有2000個，據(jù)“八五”末期對900個有規(guī)模的生產(chǎn)廠家統(tǒng)計，每年生產(chǎn)變壓器的容量約1.5億kVA;2000年共生產(chǎn)各種變壓器30多萬臺，容量約1.8億kVA(其中10kV、35kV電壓級占總臺數(shù)的90%以上)，相當(dāng)于世界總產(chǎn)量的1/5以上?？梢哉f，中國是世界上電力變壓器的生產(chǎn)大國，也是應(yīng)用電力變壓器的大國。國內(nèi)有500kV級生產(chǎn)能力的廠家7家，其中能批量生產(chǎn)的有5家，年生產(chǎn)能力已超過3000萬kVA，最近兩年大約每年生產(chǎn)2000萬kVA容量，占總產(chǎn)量的11%左右;能生產(chǎn)220kV級的廠家有25家左右，最近兩年大約每年生產(chǎn)3000萬kVA，占總?cè)萘康慕?8%;能生產(chǎn)110kV級的廠家有100家左右，最近兩年每年大約生產(chǎn)1000臺，3000萬kVA容量，亦占總?cè)萘康慕?8%，其中年產(chǎn)100臺以上的廠家有新疆特變電工、衡變、沈變、保變、華鵬、拓普 等5家;生產(chǎn)干式配電變壓器的廠家約有100家，生產(chǎn)能力在100kVA以上的廠家有順德、金鄉(xiāng)、許繼、華鵬等4家。
據(jù)2000年統(tǒng)計，全國共生產(chǎn)干變1600萬kVA占電力變壓器總產(chǎn)量的近9%(全國生產(chǎn)干變能力為3000萬kVA);生產(chǎn)SF6絕緣介質(zhì)變壓器的廠家有3家，主要是生產(chǎn)10kV電壓等級的產(chǎn)品，且產(chǎn)量很少，更高電壓等級的正在開發(fā)。適應(yīng)城網(wǎng)及住宅小區(qū)要求，地埋變壓器也有一些廠家開始生產(chǎn);生產(chǎn)箱式變壓器的廠家很多，據(jù)不完全統(tǒng)計約有600個廠家，年生產(chǎn)約7000臺，其中年生產(chǎn)量200臺以上的約有20家。
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一、電力變壓器品種
(一)配電變壓器我國中小型配電變壓器最初是以絕緣油為絕緣介質(zhì)發(fā)展起來的;進(jìn)入20世紀(jì)90年代，干式變壓器在我國才有了很快的發(fā)展。
(1)油浸式配電變壓器S9系列配電變壓器，S11系列配電變壓器，卷鐵心配電變壓器，非晶合金鐵心變壓器。為了使變壓器的運(yùn)行更加完全、可靠，維護(hù)更加簡單，更廣泛地滿足用戶的需要，近年來油浸式變壓器采用了密封結(jié)構(gòu)，使變壓器油和周圍空氣完全隔絕，從而提高了變壓器的可靠性。目前，主要密封形式有空氣密封型、充氮密封型和全充油密封型。其中全充油密封型變壓器的市場占有率越來越高，它在絕緣油體積發(fā)生變化時，由波紋油箱壁或膨脹式散熱器的彈性變形做補(bǔ)償。
(2)干式變壓器干式變壓器由于結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，又有防火、難燃等特點(diǎn)，我國從20世紀(jì)50年代末即已開始生產(chǎn)，但近10來年才開始大批量生產(chǎn)。干式變壓器種類很多，主要有浸漬絕緣干式變壓器和環(huán)氧樹脂絕緣干式變壓器兩類。
(二)箱式變壓器箱式變壓器具有占地少，能伸入負(fù)荷中心，減少線路損耗，提高供電質(zhì)量，選位靈活，外形美觀等特點(diǎn)，目前在城市10Kv、35kV電網(wǎng)中大量應(yīng)用。我國目前所使用的箱式變壓器，主要是歐式箱變和美式箱變，前者變壓器作為一個單獨(dú)的部件，即高壓受電部分、配電變壓器、低壓配電部分三位一體。后者結(jié)構(gòu)分為前后兩部分，前部分為接線柜，后部分為變壓器油箱，繞組、鐵心、高壓負(fù)荷開關(guān)、插入式熔斷器、后備限流熔斷器等元器件均放置在油箱體內(nèi)。目前有些廠家，已將卷鐵心變壓器移置到箱式變壓器中，使箱式變壓器體積和質(zhì)量都有所減小，實(shí)現(xiàn)了高效、節(jié)能和低噪聲級。
(三)高壓、超高壓電力變壓器目前，我國已具備了110kV、220kV、330kV和500kV高壓、超高壓變壓器生產(chǎn)能力。超高壓變壓器的絕緣介質(zhì)仍以絕緣油為主，根據(jù)電網(wǎng)發(fā)展的需要，變壓器的生產(chǎn)技術(shù)正在不斷提高。SF6氣體絕緣高壓、超高壓變壓器正在研究開發(fā)。
二、制造水平總體講，我國電力變壓器技術(shù)處于國際20世紀(jì)90年代初的水平，少量的處于世界20世紀(jì)90年代末的水平，與國外先進(jìn)國家相比，還存在一定的差距。
(一)鐵心材料20世紀(jì)70年代，武漢鋼鐵公司在引進(jìn)消化吸收日本冷軋硅鋼片制造技術(shù)生產(chǎn)冷軋硅鋼片的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)90年代又引進(jìn)了日本高導(dǎo)磁晶粒向冷軋硅鋼片(HI-B)制造技術(shù)，制造出了節(jié)能效果更好的電力變壓器鐵心材料。但是由于產(chǎn)品數(shù)量不能滿足需求及生產(chǎn)工藝兩方面的問題，仍然要從日本、俄羅斯以及西歐等國進(jìn)口部分冷軋硅鋼片。在研制配電變壓器鐵心用非晶合金材料方面，我國于20世紀(jì)90年代初曾由原機(jī)械部、原冶金部、原電力部、國家計委、國家經(jīng)貿(mào)委、原國家科委組成了專門工作組，對非晶合金鐵心材料和非晶合金鐵心變壓器的設(shè)計和制造工藝開展了深入研究，研制的非晶合金鐵心材料基本達(dá)到原計劃指標(biāo)的要求，并于1994年試制出電壓10kV、容量160～500kVA的配電變壓器，經(jīng)電力用戶試用表明，基本達(dá)到實(shí)用化的要求。
但對非晶合金材料制造工藝仍需進(jìn)一步改進(jìn)，才能達(dá)到批量生產(chǎn)的要求。1998年，上海置信公司引進(jìn)了美國GE公司的制造技術(shù)，用美國非晶合金材料生產(chǎn)了非晶合金鐵心變壓器，目前已能生產(chǎn)電壓10kV、容量50～2500kVA、空載損耗34～700W之間、負(fù)載損耗在870～21500W之間的非晶合金鐵心變壓器，而且已將此種材料應(yīng)用于環(huán)氧樹脂干式變壓器上，進(jìn)一步促進(jìn)了我國非晶合金鐵心變壓器制造水平的提高。我國已有一些變壓器廠家應(yīng)用引進(jìn)非晶合金材料鐵心制造出的產(chǎn)品投入電網(wǎng)運(yùn)行。
(二)工裝設(shè)備20世紀(jì)80年代以前，我國變壓專用設(shè)備技術(shù)水平，整體上是比較低的，除繞線設(shè)備有專業(yè)生產(chǎn)廠生產(chǎn)外，其余絕大部分都是企業(yè)自制的比較簡單的設(shè)備，只有少數(shù)幾家有簡易的鐵心加工縱剪線。進(jìn)入20世紀(jì)80年代變壓器行業(yè)開始引進(jìn)國外先進(jìn)的專用關(guān)鍵設(shè)備，如鐵心縱剪線、低頻電熱燥系統(tǒng)等。到20世紀(jì)90年代，由于干式變壓器的大力推廣，引進(jìn)了一批環(huán)氧澆注設(shè)備和箔式繞線機(jī)，幾個大型生產(chǎn)廠還引進(jìn)了絕緣件加工中心，使我國變壓器生產(chǎn)工裝裝備水平大大提高。國內(nèi)一些專用設(shè)備廠家經(jīng)過消化吸收，也開發(fā)了縱、橫間生產(chǎn)線等專用設(shè)備，這些國產(chǎn)專用設(shè)備，其功能及主要技術(shù)參數(shù)基本達(dá)到或接近國際水平，對保證我國變壓器產(chǎn)品量，提高變壓器的技術(shù)性能，提高生產(chǎn)效率起到了至關(guān)重要的作用。
(三)變壓器工藝設(shè)計近20年，對110kV及以下電壓等級的油浸變壓器進(jìn)行了不少優(yōu)化設(shè)計，已逐步取代了64、73、79、86等標(biāo)準(zhǔn)，目前推行的是20世紀(jì)90年代后期的99標(biāo)準(zhǔn)，形成了節(jié)能變壓器的新系列，使各種損耗進(jìn)一步降低，替代了高能耗產(chǎn)品的生產(chǎn)。1998年國家又進(jìn)一步明確，在電網(wǎng)中運(yùn)行的64系列、73系列老舊變壓器必須淘汰更新，按1979年標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的S7型變壓器也必須停止生產(chǎn)。1998～2001年的城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)改造中大力推行的S9型配電變壓器，符合1999年國家標(biāo)準(zhǔn)。2000年開始，在兩網(wǎng)建設(shè)改造中還使用了卷鐵心變壓器。
在干式變壓器中，在自主開發(fā)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)了德國、瑞士、意大利、葡萄牙等國多家公司的有關(guān)10kV、35kV干式變壓器系列的設(shè)計、制造等多種技術(shù)，并早已批量生產(chǎn)10kV、35kV干式變壓器，目前可生產(chǎn)最高電壓等級為110kV、單相容量為1.05萬kVA的干式變壓器，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到引進(jìn)的國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平。
在高壓、超高壓設(shè)計方面，除開展了科技攻關(guān)、自主開發(fā)外，在進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來還先后引進(jìn)了日立、東芝、ABB、三菱、西門子等公司的制造技術(shù)。目前在超高壓500kV變壓器制造中，從最初的大部分依賴進(jìn)口，發(fā)展到如今可與進(jìn)口產(chǎn)品具有相當(dāng)競爭能力的產(chǎn)品。隨著三峽工程的建設(shè)需要，引進(jìn)的西門子公司變壓器制造技術(shù)，在三峽水電站左岸應(yīng)用的84kVA三相變壓器制造中，我國已同外商合作，每臺承擔(dān)30%左右的制造份額;對于西門子公司設(shè)計、制造技術(shù)的關(guān)鍵部分已能完全掌握，三峽右岸所用變壓器的制造，應(yīng)用西門子技術(shù)，要求做到由國內(nèi)承制，為參加投標(biāo)創(chuàng)造了條件。
這一切都表明，改革開放以后，在電力變壓器的科技攻關(guān)、技術(shù)引進(jìn)、消化吸收、科技創(chuàng)新等方面都取得了積極的成效;對掌握各種類型變壓器的制造技術(shù)，提高產(chǎn)品性能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，擴(kuò)大產(chǎn)品產(chǎn)量，增加產(chǎn)品品種都發(fā)揮了積極作用。
制造企業(yè)通過多年的基本建設(shè)和技術(shù)改造，使電力變壓器行業(yè)有了較大改觀，我國變壓器制造業(yè)將逐步接近世界先進(jìn)水平。4、生產(chǎn)能力隨著電力工業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)電力變壓器廠家按計劃需求進(jìn)行了建設(shè)和改造。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國電力變壓器生產(chǎn)廠家約有2000個，據(jù)“八五”末期對900個有規(guī)模的生產(chǎn)廠家統(tǒng)計，每年生產(chǎn)變壓器的容量約1.5億kVA;2000年共生產(chǎn)各種變壓器30多萬臺，容量約1.8億kVA(其中10kV、35kV電壓級占總臺數(shù)的90%以上)，相當(dāng)于世界總產(chǎn)量的1/5以上?？梢哉f，中國是世界上電力變壓器的生產(chǎn)大國，也是應(yīng)用電力變壓器的大國。國內(nèi)有500kV級生產(chǎn)能力的廠家7家，其中能批量生產(chǎn)的有5家，年生產(chǎn)能力已超過3000萬kVA，最近兩年大約每年生產(chǎn)2000萬kVA容量，占總產(chǎn)量的11%左右;能生產(chǎn)220kV級的廠家有25家左右，最近兩年大約每年生產(chǎn)3000萬kVA，占總?cè)萘康慕?8%;能生產(chǎn)110kV級的廠家有100家左右，最近兩年每年大約生產(chǎn)1000臺，3000萬kVA容量，亦占總?cè)萘康慕?8%，其中年產(chǎn)100臺以上的廠家有新疆特變電工、衡變、沈變、保變、華鵬、拓普 等5家;生產(chǎn)干式配電變壓器的廠家約有100家，生產(chǎn)能力在100kVA以上的廠家有順德、金鄉(xiāng)、許繼、華鵬等4家。
據(jù)2000年統(tǒng)計，全國共生產(chǎn)干變1600萬kVA占電力變壓器總產(chǎn)量的近9%(全國生產(chǎn)干變能力為3000萬kVA);生產(chǎn)SF6絕緣介質(zhì)變壓器的廠家有3家，主要是生產(chǎn)10kV電壓等級的產(chǎn)品，且產(chǎn)量很少，更高電壓等級的正在開發(fā)。適應(yīng)城網(wǎng)及住宅小區(qū)要求，地埋變壓器也有一些廠家開始生產(chǎn);生產(chǎn)箱式變壓器的廠家很多，據(jù)不完全統(tǒng)計約有600個廠家，年生產(chǎn)約7000臺，其中年生產(chǎn)量200臺以上的約有20家。
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