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国内外变压器的现状及发展 贺以燕 从 1885年发明了变压器及感应电动机以来，在一个多世纪里，变压器及电工工业有了长足的发展，由于有了变压器可以变换系统电压，使发电机的电压（受限，最高只能到24kV）经变压器可以随意升高（电压愈高，传输距离愈远），甚至已达到百万伏级使输电距离超过1000km，又由于终端的变压器很容易降到用电压400V（可分一级或几级降压，视电压等级定），这样的以变压器为主导，带动了整个发输变电行业。电能在当今已成为工农业生产与国民经济、人民生活不可缺少的一环，尽管输变电工业是占国民生产总值的 1%，其重要性已远远超过总投资，不夸张的说，可以主宰国民经济，各国家及人民对其重视的程度是不言而喻的。 1. 输电系统发展概况1887 年发明了多相系统与感应动机，1889年做出了三相变压器与鼠笼式电动机。第一条近代输电线路在 1891年德国Lauffen—Frankfut. AC电压15kV输电距离175kM。交流输电在第一、二次世界大战之前已有发展，二战之后更加速了发展，其输电电压发展是 AC[1]:1912 1929 220kV Rheinleitung RWE1936 287kV Boulder Dam1952 380kV Swedem1959 500kV USSR1965 735kV Canada1985 1150kV USSR直流输电在二战之后有了很大的发展， HVDC[1]:1954 100kV Gotland1965 250kV Kontiskan1965 800kV Wolgograd-Donbass1969 800kV Pacific Intertie1975 1066kV Cabora Bassa1985 1500kV Ekibastuz-Tambo国内 1949 前 220kV AC1972 330kV AC1982 500kV AC1987 500kV HV D C.在国家有关部门安排下有关电力设计院与科研单位正在研究西北电力系统下一个电压等级 750kV(第1个10年内)运行[2]及其他地区百万伏级系统（第2个10年内运行） 2. 变压器类2.1 电力变压器 2.1.1 国外 在世界范围内形成了几大集团：原苏联有世界上最大的变压器公司（乌克兰扎布洛斯 变压器厂，生产能力1亿kVA，俄罗斯陶里亚第变压器厂生产能力4千万kVA),ABB公司29个电力变压器厂生产能力8千万～1亿kVA，英法GEC-Alshtom能力4千万kVA，日本各厂总和（三菱、东芝、日立、富士）能力6千5百万kVA，德国Tu集团能力4千万kVA。这些公司生产的代表性产品： 1150kV 1200MVA，电力变压器，已在系统运行735～765kV 800MVA400～500kV 3相 750MVA，1相550MVA220kV 3相 1300MVAHVDC 代表性产品± 500kV 400MVA产品结构： 油浸变压器，有二类： 心式：饼式线圈，筒式线圈（法 Alshtom生产）壳式：只有三家生产， ABB门西变压器厂（在美国）、日本三菱，法国尤蒙斯耐德。心式生产量占 95%，壳式只占5%心式与壳式互无压倒性的优点，只是心式工艺简单一些，因而为大多数厂家采用，而壳式结构与工艺都要复杂一些，只有传统性工厂采用，生产壳式的公司或厂家，也生产心式，以220MVA为界限，大于220kV 120MVA的设计生产壳式，小于等于的为心式。壳式特别适用于高电压、大容量，其绝缘、机械及散热都有优点且适宜于山区水电站的运输，因而仍有其生命力。 一个世纪以来，电力变压器国内外均以电磁感应原理，硅钢片、电磁线和油浸纸绝缘为主体，原理未曾改变，只是在设计参数、工艺材料上有不断的变化，随着年代的推进，先进生产设备日臻完善，因而各项技术参数愈来愈先进。 2.1.2 国内 解放前我国只能生产配电变压器，最高电压、最大容量为33kV 2000kVA。随着国家几个五年计划，建设了沈阳变压器厂为主的专业生产厂，到“八五”末，建立了一批大、中、小型骨干工厂，形成了我国自己的变压器行业，电压容量的发展为： 1956 220kV 40MVA 1958 220kV 260MVA 1972 330kV 260MVA 360MVA（自藕） 1983 500kV ３相 250MVA 1相250MVA 1998 500kV 720MVA 沈阳变压器厂 1999 1000kV 150MVA样品 沈阳变压器厂 我国沈变、西变、保变均已成批生产500kV级电力变压器；在各500kV系统内运行，最长的已超过16年，经过十几年的不断改进，其运行指标与进口变压器完全相当。 2.1.3 组件 2.1.3.1 套管 国外原全苏电瓷厂（现在乌克兰境内）已生产供应1150kV电容式套管，日本NGK已生产供应1100kV电容套管。 我国南京电瓷厂，西安电瓷厂可成批量的供应500kV电容式套管，南京电瓷厂七十年代末已试制成功750kV套管。 2.1.3.2 有载分接开关 德国 MR分接开关厂是世界知名工厂，已做出了一系列有载分接开关，如Ｖ型、Ｍ型，供应世界各国采用，国产变压器及国内进口变压器已装有多台Ｖ型及Ｍ型开关，运行上基本可靠。在七十年代我国也引进了 MR技术，在消化的基础上，也进行了工厂改造，遵义长征电器厂早已做出Ｖ型与Ｍ型开关，沈阳变压器厂也能生产，其产品已在国内众多的变压器上采用，运行是可靠的。2.1.3.3 冷却器 国外风、水冷却器和片散热器都有，但水冷却器用得不多，风冷为板翅式，为专业工厂铅焊，用料少冷却效率高，几万kVA的电力变压器用片式散热器的比较少，多数是供应我国产品，且带风扇，供自冷与风冷两种不同出力。 我国这三种冷却器都有，水冷却器也只在部分水电站用，风冷却器为肋管式，制造工艺简单，效率也可以，只是体积与用料比板翅式的大与多，我们也曾对板翅式的作过科研，具备了设计数据，只因生产工艺复杂未能投产。 2.2 配电变压器类 2.2.1 国外 国外配电变压器容量到2500kVA，有二种铁心型式，园形与椭园形，园形的占绝大多数，椭园形的由于Ｍ。小，因而用料可以减少，其对应线圈为园形与椭园形（原挪威国民工业生产，现为ABB工厂）；低压线圈有线绕式与箔式，油箱有带散热管的（少数）与波纹式的（大多数）。 另外美洲用三相四线制供电，多用单相变压器，这种供电制线路损耗小，运行经济，但变压器因多单相，用料用工较三相多，他们总的说来是合适。 2.2.2 国内 我国因供电制与欧洲一样，历来只做三相变压器，目前主要产品为新S9型容量到1600kVA。新S9有较好的技术经济指标与国外的不相上下。也有很高的可靠性，做了800台产品的短路试验，从1996年试制鉴定，到1999年末已有400家工厂取得生产资格，也有约10家工厂生产波纹式油箱。 六十年代沈阳变压器厂、上海变压器厂为古巴生产过一批单相CSP配电变压器，在古巴运行良好，受到好评。 2.3 干式变压器 2.3.1 国外 环氧树脂浇注干式变压器，国外从六十年代生产，技术日趋成熟，这种变压器有：带填料的（石英粉）、纯树脂的、绕包的各种工艺结构并存。据德国一位专家谈，电压最大到36kV容量可达30MVA德国一家工厂，年生产在2000MVA以上。 2.3.2 国内 浇注式干式变压器科研工作比较早，七十年代中即生产船用160kVA变压器，成批生产还是八十年代末，带填料、纯树脂、绕包３种均生产，而以纯树脂的占多数，最大容量做到16~20MVA/35kV，再加吹风可提50%容量即24~30MVA。 我国已有顺德特种变压器厂，金曼克变压器公司，可以大批量生产，其生产能力已达3500与2500MVA。 特别应该提出的是，金曼克变压器公司1999年末已研制成功DCZ9 10500kva/110kV干式变压器，这是迄今为止，世界上生产的最高电压等级的干式变压器，可以为电力系统提供一种新型防灾变压器。 从众多配电变压器看，其技术经济指标与国外处于同一水平。
此外：顺德特种变压器厂还为长江三峡发电机配套“九五”国家重点科研项目，试制成功DC9-3000/20/ 2.4 非晶合金变压器 美国GE与Cooper公司生产非晶合金变压器，非晶损耗只有冷轧硅钢片铁损的1/6，是一种优良的节能产品，由于其饱和磁密只有1.3T，其铁心即重30%，又由于要组成单相，或三相５柱式，铁心还要增大，相应的铜线也要增多，体积也大，而非晶单价比硅钢片贵得多，所以总售价要比普通配电变压器贵一倍，由于损耗特低，计算10年变电成本，二者大体相当。沈阳变压器研究所进行开发设计，其图纸国内有上海变压器厂等６家工厂，于1996年试制成功，以后也有一些生产，但产量不大，发展前景还是会有的。 2.5 难燃油变压器 2.5.1 国外 国外已生产了石油类、脂类、硅油类难燃油变压器，据不完全统计，总量已达１千万kVA分布在各大洲使用，这类油燃点均在300℃以上，符合国际上对难燃油的要求，其最大容量为60kV 15MVA。 2.5.2 国内 广州高压电器厂于1988年试制了S12 200kVA F (Formell NF)不燃油变压器、通化变压器厂于1985年试制了地铁使用的硅油变压器315kVA、沈阳变压器厂于1989年试制了Midel 7131难燃油变压器630kVA。由于油源价高（为进口）原料不畅以后未再生产。 沈阳变压器研究所于2000年４月与美国DSI公司签约，生产β油SRFZ9 110kV 31500kVA电力变压器与SR9 10kV 500、1600kVA配电变压器，由沈变所设计与负责安排生产制造，５月份已完成设计，预计番禺明珠电器有限公司2000年内完成试制，这将为我国开发一种防火灾的电力与配电变压器，预计有一定的市场。 2.6 SF6变压器 日本是当今生产SF6变压器最多的国家，三菱、东芝、日立、富士均能生产，前三家生产过275kV 300MVA SF6变压器，在日本使用。这四家均有产品进入中国，主要的为110kV 31.5～63MVA。以63MVA为例，为强气（SF6）自冷（风冷）本体SF6重450kg，年漏气率１％，即允许漏4.5kg。 我国北京二变已生产10kV SF6的配电变压器系列100～1000kVA 100台，目前还在继续生产，对110kV级产品有关厂、所正在考虑中。 对SF6变压器有两种观点，一种认为可用，对环境无大影响，一种认为不能用，对环保有影响，世界上尚无定论，对其发展尚在探讨中，应于填重研究。 2.7 组合式变电站与组合式变压器 2.7.1 国外 欧洲从六十年代起即生产24~36kV组合式变电站，即是将常规变电站的高压开关设备、配电变压器、低压开关设备组合在一起供用电，它具有体积小、占地少、价格低、供电快以及实用、美观、经济等优点，在欧洲占有广泛的市场。 在美洲由于供电、用电制的特点，他们则生产10kV插拔式变压器，它是将简单的高压负荷开关，熔断器装于变压器箱体内而用电缆插头插入供电，并带避雷器，在低压侧则只有４个端子头，具有简单的高压保护，优点是体积小、占地少、价位少、价位低，在美洲供电占９０％。 2.7.2 国内 组合式变压器国产化后将高压开关热稳定电流12kA提高到16kA，有利于环网，对10kV插拔式变压器也有一些改观，有的配了低压柜等，方便用户。这两类产品由于使用量大、面广，已逐步在取代传统低压变电所。 3. 并联电抗器 国外已批量生产了 300、500、800kV并联电抗器，意大利Ansaldo还在百万伏级户外试验场试生产了单相并联电抗器1000kV/ /120MVA，我国西安变压器厂1972年已研制出三相330kV/90Mvar并联电抗器，以后改为生产单相330kV/30Mvar并联电抗器，1983年生产单相500kV/40Mvar并联电抗器其后增加为50MVar，工厂不断进行科研与改进到1995年投入运行的电抗器，经用户评价，其局部过热、振动与噪音三项要求均超过进口同类产品。
沈阳变压器厂在九十年代中也生产了 330kV/30Mvar与500kV/50Mvar并联电抗器在系统内运行良好。4. 互感器 4.1 国外 法Alsthom瑞士Haefely、ABB、德MWB与及日本日新电机均能生产400~800kV电容式电流互感器与电容式电压互感器，在世界各地电网上运行其技术经济指标是好的。 IEC TC38已制订光电互感器的标准，国外已做出了研究品。 4.2 国内 我国 1983年已由沈阳变压器厂与西安电力电容器厂分别试制成功500kV电流互感器与电容式电压互感器，投入电网运行，在其后的科研中不断改进，其技术指标已与国外相当，运行可靠性也很好。上海MWB互感器厂已生产出500kV SF6电流互感器投入电网运行，已做出光电电流电压互感器200kV级研究品并挂网运行２～３年，取得了一些科研数据，正在进一步改进开发。5. 今后技术产品发展趋势 变压器技术与产品行业是一个相对老的行业，其产品与技术发展已超过了一个世纪，是成熟与完善的。在二战以后，由于用电量的骤增，材料工业的进步，变压器的容量大增，其产品品种与技术可以说有了重大的变革，因其基本原理未变，还达不到革命性的变化。 今后二十年内： --变压器类产品的技术经济指标将愈趋先进；非晶技术将在配变范围内逐步取代传统硅钢片； --组合式变压器，全自保护变压器（ CSP）在配电变范围内所占比例会逐年增加；--难燃油电力变压器不久将在国内生产推广； --三峡 500kV 840MVA主变将在下一个十年工程中生产出来，[3]交流变电容量将达24750MVA；-- 750kV级西北系统将在2005年出现；-- HVDC还将在世界范围内增长，我国将下一个十年在三峡工程中做出±500kV HVDC换流变压器[3] 3000kVAr二条线，二端HVDC换流变压器总容量达14400MVA；--百万伏级系统其变压器将在我国 2000年20年代内出现；在下个二十年左右，超导用于变压器生产上将是可行的。 6. 市场预测 1999 年末我国装机容量已达2.94亿kW，未来经济增长速度将达8%／年。装机容量也不会低于这个数，到2015年装机将达5.4亿kW，以及按我国的发展趋势，可以大致认为：--组合式变电站及组合式变压器将会有更大量的要求； --难燃油电力变压器在国内生产将有市场， SF6电力变压器在国际上未有最终定论之前其发展尚有疑义；-- 500kV并联电抗器较过去将有更多的需要；--干式变压器将随着用电量的增长，还将有所增长，但增长幅度不会大，配电变压器也一样。 参考文献 作者简介： 教授级高工，沈阳变压器研究所副所长。
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