高效节能新型环保
浅谈我国变压器现状及新型节能方略
摘要：分析了我国能源严峻形势及减排节能的必要性，回顾了变压器的现状和技术进步，介绍了新型粘接式三角铁心变压器结构原理及节能效果。
关键词：变压器，节能，粘接式三角铁心变压器
1.前言
随着世界经济的快速发展和人类生活水平的不断提高，对能源的需求量也越来越大，这不仅使有限的能源面临枯竭的危险，尤其是化石燃料的燃烧造成大气污染后产生的“温室效应”，已给人类生存带来了威胁。
从1995年起，我国的二氧化碳排放量仅次于美国，居世界第二位，而二氧化硫排放量超过欧、美居世界首位。
我国虽然是个能源资源大国，但按人均资源不及世界平均水平的1/4，居世界第88位。
我国能源严峻的形势不仅仅是能源资源短缺，而是能源严重浪费，能源效率低。
我国能源经济效益很低，2001年，世界主要国家单位GDP能源比较表明，我国万美元GDP消耗的能源为日本的6.58倍，德国的4.49倍，美国的3.65倍，巴西的2.35倍，印度的1.24倍。
2003年我国GDP能耗是高收入国家的5-11倍，不仅远远落后于发达国家，同时也落后于某些发展中国家。
造成我国能源高消耗低效益的主要原因是：节能观念淡漠，粗放型能源管理，在能源开发、转换和消费过程中科技含量低。
2.我国变压器现状
我国是世界上电能生产和消费大国，目前装机容量和发电量均居世界第二位。
2005年全国装机容量5.1亿KW，发电量24146亿kwh。
变压器总量34.85亿KV A，其中配电变压器15.26亿KV A，占总量的43.8%。
变压器年损耗电量约占全
国总发电量的10%，约2400多亿kwh，相当于3个中等用电量的省份用电量之和,其中一半以上电量是配电变压器损耗。
目前，我国运行中变压器社会拥有量中，不仅有大量20世纪60年代、70年代老旧变压器，有些单位还有40年代、50年代高耗能老变压器在运行，老旧变压器总计100多万台，占社会拥有量的40%以上。
由于老旧变压器数量大，造成我国电网损耗率高，相当国外50年代、60年代水平，落后发达国家40-50年。
为什么老旧变压器长期超期服役，迟迟得不到更新呢？其主要原因是我国的耗能设备更新观念落后、管理落后和经济决策失误所造成的。
受几千年小农经济经久耐用的传统观念和计划经济时代不讲效率和技术进步的影响，只看设备的物资磨损，忽略其技术磨损，形成一种有旧不用新的习惯势力，美其名曰“物尽其用”。
在管理制度上，形成企业耗能设备的低折旧率和大修费必须专款专用，不得用于设备更新和淘汰，造成老旧耗能设备仍在长期运行甚至超期服役，高效能设备在闲置、备用。
由于耗能设备陈旧，促成耗能设备运转工况的低效率和高损耗，使我国的能源利用率与世界上先进水平同比相差50%左右。
3.变压器技术进步回顾
历来，决定变压器能耗的关键是铁心的材质和结构。
长期以来，变压器铁心均由硅钢片叠装而成，由于铁心有接缝，接缝的磁阻是相同尺寸导磁材料的几千倍，整体磁阻增大，不但空载电流大、损耗高，而且运行噪声大。
为减少接缝影响和节省材料，人们设计制造过渐开线式半卷半叠式铁心变压器和采用三只C型铁心排列成Y型铁心变压器，由于其主磁通回路仍有接缝，技术性能不是很理想。
为了提高材料性能，人们作了大量的工作，由热轧硅钢片发展到冷轧晶粒取向硅钢片，进而发展到非晶合金带材，材料的导磁性能越来越好，厚度越来越薄，单
位损耗越来越小，使变压器产品的技术性能获得了很大进步。
在变压器结构设计上，人们也作了大量的探索和改进，叠片式铁心的接缝由直接缝改为斜接缝到多级搭接接缝；铁心剪切加工精度越来越高；特别是采用卷铁心结构后，由于铁心无接缝，使其具有重量轻、体积小、损耗低、噪声低、空载电流小、抗短路能力强等优点，是变压器铁心结构技术进步的一次飞跃。
由于卷铁心的加工工艺，能充分发挥薄型硅钢片低损耗的良好性能，符合片形越来越薄的时代发展潮流。
特别是超薄形非晶合金带材的问世，采用卷铁心工艺将是其最好的选择。
闭环卷铁心变压器的制作难点在于绕组的绕制，但随着绕制专用设备的不断开发和改进，上述难点并不难解决。
4.卷铁心变压器的最新进展
目前使用的S11型三相平面卷铁心变压器，由于三相磁路不平衡，框间磁力线沟通困难，使其性能提高受限；普通立体排列卷铁心，由于存在以下技术难题，使其性能不稳定：一、由于同相不同卷铁心框硅钢片平面之间互成120度角，接合面成锯齿形相对（见图1），使不同框之间磁力线不能互相沟通，同相铁心柱中，两半铁心磁通密度不一致，最高磁密增大，损耗增加。
实验表明，在相同铁心柱和窗口尺寸条件下，立体排列卷铁心比平面排列损耗有所下降，但幅度不大；二、铁心框的衔接，沿用变压器现有技术中的织带缠绕和铁心夹件机械夹持固定法，由于夹件的夹持力朝向硅钢片宽度方向，较薄的硅钢片刚度不够，无法将其夹紧，变压器稍有倾斜和振动，铁心框之间就会产生磨擦和错位，造成铁心片间短路，实验证明，将夹好的铁心，每起吊和搬运一次，其空载电流和空载损耗参数就有变化，使变压器性能极不稳定。
为了攻克上述技术难关，通过采用创新的制作方法，将三只同形半圆截面卷
铁心框，结合面经平整加工和特殊处理后，用特制的绝缘导磁胶，粘接成三角三相变压器铁心，摒弃了传统的绑带缠绕和夹件机械夹持固定法，使铁心成一牢固整体，不同框之间结合紧密，磁力线可以互相沟通，铁心整体电磁性能和机械强度大幅度提高。
试制样机经电力工业部电气设备质量检验测试中心进行了例行试验、型式试验和特殊试验，所有项目全部合格，与同容量S9型叠片式变压器相比，空载电流降低92%；空载损耗降低47%；负载损耗降低7.5%；噪声降低13分贝；体积减小1/4；重量减轻1/5，其高效节能性能，大大优于S11型变压器国家标准，暂命名S[13]型。
检测对比数据见下表：
容量：315kvA S9型S11型S[13]型比S9型降低
（%）
比S11型降低
（%）
空载电流（%） 1.6 0.3 0.13 92 57
空载损耗（瓦）680 480 361.7 47 25
负载损耗（瓦）3650 3650 3376.5 7.5 7.5
油箱体积（m3）0.42 0.37 0.3 29 19
声级测量（dB）53 47 40.1 13（dB）7（dB）粘接式三角铁心三相变压器的制作方法不但在国内是首创，国际上也无类似先例，三角铁芯变压器以其独特的结构，接近理想状态的三相等磁路，必将使该项技术处于高效节能变压器制造行业的科技前沿。
5.变压器节能前景广阔
根据变压器损耗评估计算公式，一台变压器一年的损耗电量为：Ap=8700 * (P0+F2 * R k+G * I0% * P N)
式中：Ap----全年损耗电量（kwh）; P0-----变压器空载损耗（kw）；R k----变压器负载
损耗（kw）; I0%----变压器空载电流百分数；P N----变压器额定容量（KV A）; F----变压器运行负荷率，一般取0.6；G----无功当量系数，一般取0.05；8700----全年运行小时数。
根据上式，一台315KV A变压器，S[13]型与S11、S9型一年损耗的电量分别为13900Kwh，16020Kwh和19540Kwh，即一台315KV A S[13]型变压器每年比S11、S9型节电2120Kwh、5640Kwh，分别节电13.3%和28.9%。
按1千伏以下普通工业电价0.626元/kwh计，S[13]型比S9型年节约电费3531元；按商业电价0.805元/kwh 计，年可节约电费4540元。
目前，S[13]型粘接式三角卷铁心变压器的市场售价约比S9型高15%左右，S9型315KV A变压器价格约41000元（参考价），S[13]型315KV A变压器价格约47000元（参考价），用户若选用S[13]型代替S9型，通过节约电费，1年半就可收回多投入的资金，以后每年节约的电费就是纯效益。
如果采用导磁性能更佳的非合金带材制造粘接三角卷铁心变压器，其节能效果将更加显著。
[参考文献]：[1]变压器能效与节电技术/胡景生主编一北京：机械工业出版社，2007.5.
[2]变压器铁心制造工艺/变压器制造技术丛书编审委员会编一北京：机
械工业出版社，1998，4：185-186。
[3]电力工业部电气设备质量检验测试中心检测报告/（2002）变字第014
号。