电力技术协作平台

「专家观点」解读:《变压器能效提升计划(2021-2023 年)》 ——技术篇

作者:韩筛根日期:2021-03-04 11:56:16

电脑_画板 1.png

导读

2021年1月15日,工业和信息化部办公厅、市场监管总局办公厅、国家能源局综合司三部门正式发布《变压器能效提升计划(2021-2023年)》(工信厅联节〔2020〕69号,以下简称《计划》)。整个变压器上下游产业链对此给予了高度的关注,如何准确理解《计划》,为此,EPTC变电专家工作委员会将组织开展变压器能效提升系列专题,特邀参与此次《计划》编写组相关专家从技术、绿色制造、智能化等方面进行深度解读,结合行业未来发展方向,深入探讨变电技术数字化升级、变压器前沿技术发展、电力设备绿色化制造等内容,同时设置话题征集活动,更多精彩内容敬请期待!本文为“变压器能效提升系列专题”第一期专家观点解读(技术篇)。


本期专家

韩筛根,国网上海能源互联网研究院智能制造中心主任,长期从事配电网技术领域的科研、开发与技术管理工作,中国电机工程学会和北京市电机工程学会会员、国家电网物资管理技术标准化专业工作组委员(SGCC/TC07)、中国金属学会电工钢分会第二届委员会委员、电力行业输配电技术协作网变电专业副主任委员(EPTC/TC05)、电力变压器专家组委员、中国科技产业化促进会(T/CSPSTC)标准化工作委员会专家委员。

承担完成了《节能配变试验检测与综合性能评估》、《配电变压器能效提升》、《植物绝缘油变压器应用及运维关键技术研》等多项国家及国网公司级科技项目研究工作;主导和参与了《GB 20052-2020 电力变压器能效限定值及能效等级》、《GB 20052-2013 三相配电变压器能效限定值及能效等级》、《GB/T 1094.2-2013 电力变压器 第2部分:液浸式变压器的温升》、《DL/T 985-2012 配电变压器能效技术经济评价导则》等30余项国家、行业及国网公司企业标准的制修订;发表专业技术论文20余篇,出版专著4部。


一、我国推进高效变压器产业发展的主要材料和工艺基础

“十三五”期间,我国变压器铁心材料制造技术实现了快速发展。适用于高效变压器的铁心材料主要有高磁感取向硅钢和非晶合金。目前高磁感取向硅钢已实现大规模量产,宝武钢铁、首钢分别具备了90万吨、19万吨高磁感取向硅钢生产能力,鞍钢以及部分民营企业也具备一定生产能力。非晶合金带材性能、质量及批次稳定性比“十二五”有了较大提高,青岛云路新型非晶带材年产能可以达到15万吨以上,并具备进一步增产能力。高端取向硅钢、非晶合金带材等铁心材料可满足推进变压器能效提升计划需求。

在铁心材料生产制造能力取得积极进步的情况下,立体卷铁心等高效节能铁心结构实现了产业化应用。立体卷铁心结构变压器从技术提出到全面应用已经历数十年的发展,仅国内的技术与产品研发及应用就达到20年以上。目前,立体卷铁心变压器技术从理论分析、结构设计、绕组、铁心带材开料、退火、装配生产工艺及配套的制造装备已日趋完善,完全可以满足目前市场的立体卷铁心变压器批量生产需求。

绿色绝缘材料也有一定进步。植物绝缘油以其固有的高绝缘性能、高燃点、高闪点、易自然分解、吸水性强等优异性能已经被广泛应用于330kV及以下等级的各类变压器中,技术性能完全满足变压器绝缘要求,并且制定了相应的国家和行业标准,部分企业植物绝缘油年产能达到2000吨。硅橡胶具有憎水性好、绝缘性能优、可重复使用、弹性大、防爆性能好等特点,基于硅橡胶材料制造的干式变压器,能效指标可满足新版能效标准要求,且安全性更高,可以有效提高耐受潮湿、粉尘等恶劣运行环境的能力,目前产品已经成功运行2年,运行状况良好,为今后干式变压器的应用拓展了又一个技术空间。


二、国产高端铁心材料是否可以满足发展目标对变压器的铁心材料性能要求?

新版能效提升计划明确确定了未来三年的总体发展目标:到2023年,高效节能变压器[符合新修订《电力变压器能效限定值及能效等级》(GB 20052-2020)中1级、2级能效标准的电力变压器]在网运行比例提高10%,当年新增高效节能变压器占比达到75%以上。

需要明确的是,发展目标中提到的“在网运行比例提高10%”是指在网运行的高效节能变压器的总容量的占比,并且在这个10%中, 85%以上为2级能效;而“当年新增高效节能变压器占比达到75%以上”是指当年的各个用户所有采购的变压器的数量占比,同样也是以2级能效为主(85%以上),因此,国产供电取向硅钢及非晶合金带材的产能完全可以满足新版能效确定的发展目标供应的。


三、变压器节能与控制技术的发展水平

当前,精细化无功补偿技术、宽幅无弧调压技术、智能分接开关技术等变压器节能与控制技术已经逐渐成熟并广泛应用。

精细化无功补偿技术相对于传统集中式投切补偿技术,具有补偿精度高、补偿灵活度高、针对性强等优点,大幅提高了电能质量和供电效率,目前已广泛应用于配电变压器的JP柜中。宽幅无弧调压技术可以同时应用于油浸式变压器和干式变压器,通过其自动调节功能,实现供电电压的最优输出,扩展新能源接入后电网的电压约束,降低设备的能耗和提高设备的使用寿命,达到系统节能的效果。智能分接开关技术可在物联网化环境下实现对有载分接开关的全面感知和状态检修,全面提升变压器的可靠性,大幅提高变压器运行档位与负荷的匹配性,降低运行损耗,提高设备运行寿命。


四、进一步推进变压器能效提升,对主要原材料技术发展的要求以及对变压器行业未来技术创新与发展的影响

对于高端取向硅钢,在保持厚度适中的基础上,要进一步降低噪音、退火温度(适用于立体卷铁心结构)、单位损耗和单位能耗。对于非晶合金带材,需要继续在改善材料配比、提高材料高韧性、降低磁致伸缩率和退火温度、研发240mm及以上高性能非晶带材等方面下功夫,使得非晶合金带材在更大容量、更高电压等级、更多领域应用进行不断创新。对于变压器绕组材料,重点要在进一步降低导线单位损耗、提高表面绝缘水平和提升绿色环保水平方面继续创新。对于绝缘材料,要继续提高植物绝缘油的抗氧化性和稳定性。

基于大功率的电力电子变压器、直流变压器、电容变压器、柔性变压器、新能源变压器等是未来新型高效节能变压器的发展技术方向,这些技术的快速发展一方面可以进一步降低变压器的损耗,另一方面会改变变压器功能属性,打破以电磁感应理论为基础的变压器基本原理,实现很多新的或综合性功能,如,直流直接变换、变压器自带快速保护功能、输出特性与负荷的连续无极调整等等,甚至会彻底改变变压器产业发展结构,当电力电子变压器、直流变压器、电容变压器这些产品中的核心器件—大功率电力电子器件进入摩尔定律时代进行迭代,变压器行业将发生颠覆性改变,传统的变压器铁心材料(硅钢、非晶合金带材)、绕组材料(铜绕组、铝基绕组)、绝缘材料(绝缘液、绝缘纸板等)、主部件(分接开关、套管)都将消失,变压器制造模式也将发生颠覆性改变,变压器生产企业要密切关注行业技术发展趋势。