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1、变压器应用与现场常见故障的分析处理（讲座）咸日常第一部分：变压器选用第一章：变压器的发展趋势与应用情况介绍一 我国配电变压器使用的基本情况本文重点从节能应用的角度，重点介绍配电变压器的发展趋势和应用情况。特别介绍应用注意事项。我国配电变压器通常是指电压为 35kV 和 10kV 及以下、容量为 6300kVA 以下直接向终端用户供电的电力变压器。全国年发电量 14780 亿 KVA，电网运行的配电变压器总电能损耗约为 411 亿 kWh，约占 2000 年总发电量的 3.16%。尽管配电变压器已是高效率的设备（95-99%），但由于其数量巨大和空载损耗的固定性，变压器效率即便有微小的改进也能获
2、得相当大的能源节约，据了解，配电变压器的损耗约占总线损的 1/3，如按目前我国配电变压器的损耗每年达到400 亿千瓦时计算，采用高效 变压器取代旧变压器后，节能潜力可高达 90 亿-300亿千瓦时， 节约电费 50150 亿元。 因此配电变压器本身存在着巨大的节能潜力。90 年代后期，我国配电变压器行业发展速度较快，涌现了一大批新的产品和厂家。1997 年以来，由于受到城乡电网改造工程的拉动，电力变压器行业保持了良好的发展势头。1999 年全国电力变压器产量增长 24.81%。2000 年电力变压器产量增长 15.88%, 配电变压器的数量比重增加：1999 年配电变压器数量比重由 1998
3、年的 34.72%上升到 39.51%，增长 5 个百分点；2000 年配电变压器数量比重为 36.89%。（10kV 6,300KVA 及以下变压器产量为 304,099 台，容量为 4177.8 万 KVA，35kV 6300KVA 及以下变压器产量为 7821 台，容量为 931.6万 KVA）。城乡电网改造工程淘汰 10KV 的高耗能变压器 1315 万 KVA，新选用的油浸式配电变压器设备，已经全部实现了由 S7 型向 S9 型等新系列节能变压器的转变。随着市场经济的发展和科技的不断进步，一些新材料、新工艺的不断应用，新的低损耗配电变压器相继开发成功。 国内许多变压器制造厂商也投入了
4、大量资金引进国外先进的制造技术及设备，不断研制开发低损耗变压器和各种结构形式的变压器，如油浸变压器已出现比新 S9 系列更节能的 S10、S11 系列，新干式变压器的 SC9 系列以及非晶合金铁心等低损耗等产品都显示了我国配电变压器的节能潜力。目前，国内统计在电网上运行的配电变压器中，服役年龄超过 20 年以上效率低的老旧变压器约占 10%以上，估算容量约为 2.4 亿 kVA,这些变压器是按照六、七十年代标准设计的产品，损耗非常高，如果花一定投资用 S9 及以上系列的变压器去替换老旧变压器，必定会获得很大经济效益。依不同容量的计算，购置 S9 变压器去替换旧变压器，投资回报年一般只需 23
5、年（未计旧变压器回收费和拆装费条件）。就淄博地区在网上运行的配电变压器而言，同样有大量 S7 及以下系列的高耗能变压器仍在继续使用，高耗能配电变压器所占比例高于全国平均水平，这主要于淄博地区老企业多有关系；特别是一些厂矿企业自用的变压器参数老化，缺陷多，损耗高，运行的可靠性差，运行维护的工作量大，使用中的可见成本和不可见成本非常高，改造的任务和节能的潜力非常巨大。二.配电变压器发展及现状配电变压器是将输电电压的电能降压后，向用户直接配送的主要设备，根据电磁原理进行设计制造。各电压等级的绕组分别与输电系统、用电设备相联，变压器的导磁系统作为电磁能量转换的部件，只要高压绕组与输电系统相联，不论低压
6、绕组是否接有负载，在导磁系统中就始终有空载损耗与空载噪声产生，当低压绕组接有负载时，绕组中通过一、二次电流，两个绕组中就有负载损耗产生。对配电变压器而言，负载噪声一般较小。从发展趋势来看，重点要降低空载损耗，降低空载噪声；发展全密封结构以满足免维修要求。对防火有要求的场所，还需发展干式变压器。我国配电变压器行业经过不断努力，在 90 年代以后较过去有了突破性的进展，变压器性能不仅是铁心硅钢片材质的改进，而且在容量结构和制造工艺都有所突破，因而在节能降耗、降低空载电流和降低噪音等方面都取得了较大进展。以下从导磁系统（铁心）、导电系统（绕组）、降低损耗和其他改进等四个方面介绍配电变压器的发展及趋势
7、。1、导磁系统发展的历史回顾自 1885 年匈牙利的冈茨工厂，研制成功世界上第一台具有闭合磁路的单相变压器以来，变压器制造业已有 117 年的发展历史。第一台变压器是采用一般碳素钢丝作为铁芯的导磁材料，将钢丝绕成卷铁芯结构，绕组绕在卷铁芯上。这种变压器虽可输送电能，但损耗较大，输电效率很低。由于受绝缘材料的影响，最早的配电变压器都是干式结构，其电压低，容量小。1903 年世界上出现了热轧硅钢片，于是铁芯结构改为叠片式，当时的空载损耗虽比钢丝作为导磁材料时下降 50以上，但绝对值还是很大的。我国是在20 世纪 40 年代发展变压器生产事业的。当时是以板料热轧硅钢片作为铁芯的导磁材料，由于热轧硅钢
8、片无方向性，故三相铁芯都是采用直接缝，叠片上有冲孔，铁芯柱与铁轭都用螺捍夹紧，铁芯拄较高时，在铁芯柱上有接缝。如此导磁材料的材质与铁芯结构，都决定了空载损耗与空载噪声都具有较大的值。由于配电变压器都安装在电线杆的平台上，离居民区较远，故一般多采用油浸式配电变压器，在性能考核内容中也不考核空载噪声。1964 年日本发明了高导磁晶粒取向冷轧硅钢片，1968 年起，世界上已可以买到这种硅钢片的卷料，这就推动了导磁系统的结构改进，加工设备的现代化，使配电变压器的空载损耗降低、空载噪声降低。由纵剪生产线将 1000mm 宽的卷料剪裁成一定宽度的卷料，再由横剪生产线剪切成一定形状的叠片。由于冷轧硅钢片有方
9、向性，故接缝改为 45斜接缝。由于卷料可剪切成任意长度的叠片，故铁芯柱上不再有接缝。由于叠片定位方法的改进，芯柱与轭片内可不设孔，铁芯柱由玻璃粘带扎紧，铁轭由粘带制成的拉带拉紧，这就使空载损耗得到大幅度的下降。在开发新型配电变压器中，导磁材料的作用十分重要，而这两方面我国都比较落后，多年来没有重大突破, 硅钢片几乎完全靠进口。我国 64、73 标准的变压器大都采用热轧硅钢片作为铁芯的导磁材料，由于热轧硅钢片无方向性，故三相铁芯都是采用直接缝。80 年代始，我国进口了这种硅钢片的卷料用于变压器的生产，由于冷轧硅钢片有方向性，铁芯柱上不再有接缝，叠片定位方法得到改进，芯柱与轭片内可不设孔，在此期间
10、，国内生产的变压器大都是 S7 系列，空载损耗大幅度的降低。20 世纪 90 年代，世界上又研制成厚度仅为 0.23mm 的冷轧晶粒取向硅钢片，硅钢片如再经过激光照射或等离子处理，即可成为最低单位损耗的硅钢片系列产品，50Hz 及 1.7T（特斯拉）下的单位损耗仅为 0.9W/kg。铁芯结构上又出现阶梯 45接缝的最新结构，使空载损耗与空载噪声又一次降低，使配电变压器向低损耗、低噪声方面发展又迈进了一步，空载损耗降低 60。配电变压器也就由 S7 系列发展成为 S9、S10 等系列。1960 年美国加利福尼亚工业大学发现了另一种有良好导磁性能的非晶合金，也称金属玻璃。1974 年美国联信公司研
11、制出铁基非晶合金，1978 年美国 GE 公司测出 6OHz 及 1.5T（特斯拉）下的单位损耗为 0.44W/kg，较 0.9W/kg 又下降50%。 1980 年联信公司首次推出 15kVA 非晶铁芯配电变压器，以后，美国 GE公司制成 2500kVA 非晶铁芯配电变压器。空载损耗比用激光处理高导磁晶粒取向冷轧硅钢片又降低了 70%。我国上海置信变压器有限公司引进美国 GE 技术，在 1994 年引进和研制成功第一批非晶铁芯配电变压器，有些厂也已具备批量生产非晶铁芯配电变压器的能力。从以上发展历史的回顾中可知，导磁材料的发展，促进导磁材料加工设备的现代化，铁芯结构的改进，空载损耗与空载噪声
12、的大幅度下降，使变压器可以安装在居民区附近，指标满足环保要求。2、作为导电系统绕组发展的历史回顾最早期生产的配电变压器都以电解铜作为导电系统的绕组材质，当然也有用铝导线做为绕组材料的。在热轧硅钢片的铁芯中，由于饱和磁密度低，绕组匝数就要多，所用的导线就长，回路的电阻也就较大，只有这样才能保持较低磁密，所以，热轧硅钢片的铁芯配电变压器不但空载损耗高，负载损耗也高。冷轧硅钢片铁芯中，由于铁心的饱和磁密高，绕组匝数就可少，这样，冷轧硅钢片铁芯配电变压器的空载损耗相应可被降低，负载损耗也就下降。合理设计非晶铁芯配电变压器，如采用低压一高压一低压的双同心绕组排列，绕组采用箔绕，在降低空裁损耗的同时，也就
13、可降低负载损耗。在我国配电变压器的发展历史中，也曾用过铝导线，虽可满足性能要求，但由于铝的导电率低，同容量的配电变压器使用的铝材也就多，负载损耗相应较大，体积大，重量高；所以国内用户不欢迎使用铝线变压器，目前制造厂已不生产铝线变压器。为了降低负载损耗，从材质上，目前，国内已大量采用无氧铜导线；除扁导线、圆导线外，还采用铜箔。因为无氧铜的电阻率低，表面又光亮，故负载损耗可低。 绕组结构发展中，注意散热性能的改进，尽量采用纵向散热油隙，同时绕组的紧固结构要保证短路电流产生的机械力的承受能力，即提高了变压器抗出口短路能力。在非晶铁芯变压器中，其结构又有所不同，其绕组不是支撑在非晶铁芯上，具有单独的绕
14、组夹紧结构，加上绕组为双同心结构，使得短路机械作用力不大，而且短路机械力承受能力很高。在 1994 年到 1999 年的六年中，国内已有 350 多个配电变压器制造厂生产的低损耗、低噪声配电变压器顺利地通过了短路承受能力试验。这些配电变压器包括油浸式、环氧浇注绝缘式；有硅钢片铁芯，也有非晶铁芯；有导线绕的绕组，也有铜箔绕的绕组。3、配电变压器损耗指标不断降低从以上分析可知，由于导电、导磁材料的发展，铁芯与绕组结构的改进，国内各时期生产的配电变压器损耗对比可见下表：10kV 配电变压器（国产）历年损耗对比表100kVA 1000kVA 年代 铁芯材质 空载损耗 W 负载损耗 W 空载损耗 W 负
15、载损耗 W1964 硅钢片 730 2400 4900 15000 1973 硅钢片 540 2100 3250 137001986 硅钢片 320 2000 1800 116001995 硅钢片 290 2000 1650 116001995 非晶合金 85 1500 450 10300为了巩固低损耗配电变压器的生产经验，推广发展低损耗配电变压器，国家规定从 1998 年下半年起淘汰损耗较高的 S7 系列配电变压器，推广发展新 S9型低损耗配电变压器。为了进一步节能，最近，国家经贸委又下文推广发展卷铁芯（铁芯截面为圆形）配电变压器（SC11），国家经贸委有关负责人指出：“十五”期间，推广高效 变压 器是开展节电工作的重要措施之一。 “十五”期间，我国节电工作将以提高能源效率为核心。电能是最重要且最为昂贵的能源形式之一，节约 用电是节能工作的重要内容”。 变压器是国民经济各行业中广泛使用的电气设备，由于使用量大、运行时间长，存在着巨大的节电潜力。推广高效变压器是开展节电工作的重要措施之一。我国将研究出台优惠政策，鼓励老旧高耗能变压器的替换和改造，制定和推动变压器能效标准和标识工作，淘汰低效率变压器的生产与销售，鼓励高效 变压器的推广。 用非晶合金材质时为长方形截面卷铁芯。从表中可知，非晶铁芯配电变压器具有最低的损耗。采用双同心绕组结构的非晶铁芯配电
