技術研究報告

低損耗節(jié)能電爐變壓器技術研究匯報衡陽市鴻業(yè)電力特種變壓器有限企業(yè)目錄TOC\o"1-1"\h\z\u一、概述 1二、重要研究內(nèi)容、關鍵技術、技術路線及重要技術指標 1三、項目的重要創(chuàng)新點 4五、成果轉(zhuǎn)化和推廣應用的條件及市場前景 5六、存在的重要問題及下一步研究發(fā)展目的 9低損耗節(jié)能電爐變壓器技術研究匯報一、概述電爐變壓器是專為多種電爐提供電源的變壓器。工業(yè)用電爐變壓器大體可分為3類:電阻爐變壓器、電弧爐變壓器和感應爐變壓器。我國是能源緊缺的國家，尤其是電能，許多電爐鋼廠，因電費所占的高成本而缺乏市場競爭優(yōu)勢，減少電耗成為電爐鋼廠提高經(jīng)濟活力的重要課題。本項目低損耗節(jié)能電爐變壓器采用的措施是相對優(yōu)化導磁鐵芯的設計及繞組匝比，通過減少導體長度,來減少漏磁損耗；通過增大導體的表面積來減少趨附效應的影響，減少電阻損耗；通過提高功率原因COSφ等技術手段來實現(xiàn)節(jié)能的目的。項目產(chǎn)品經(jīng)國家中低壓輸配電設備質(zhì)量監(jiān)督檢查中心的檢測，所檢項目所有符合檢查根據(jù)的規(guī)定；通過在江蘇鑫源鎳業(yè)有限企業(yè)、宿遷翔翔實業(yè)有限企業(yè)等企業(yè)的試用推廣，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠，損耗低，噪音小，溫升低，節(jié)能效果好，獲得了顧客的一致好評。二、重要研究內(nèi)容、關鍵技術、技術路線及重要技術指標1．重要研究內(nèi)容1）特種變壓器低壓端子密封構造本項目克服既有特種變壓器（重要是電爐變壓器和整流變壓器）密封性能的局限性，研制出一種特種變壓器低壓端子密封構造，其構造簡樸，并可以防止特種變壓器低壓端子出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。2）特種變壓器的油箱本項目克服既有特種變壓器的油箱在低電壓、大電流工作狀態(tài)下，構造損耗大的缺陷，研制出一種特種變壓器油箱，可以節(jié)省大量的變壓器油及適量的銅材、二次輸出效率高、抗擊內(nèi)壓機械強度好。3）低損耗節(jié)能技術研究深入有效減少電爐變壓器的內(nèi)阻，提高功率原因，減少無功消耗，提高設備運行的安全性、可靠性。2．關鍵技術（1）采用雙餅式低壓繞組及企業(yè)研制的專有技術中的特殊換位措施制造變壓器的二次繞組，使多根并繞的繞組環(huán)流下降為零，可以有效減少變壓器的損耗及溫升。（2）增大導體的表面積來減少趨附效應的影響，從而減少電阻損耗。（3）減少漏磁損耗：合理選擇變壓器出線方式并對應減少出線排厚度既可以很好地散熱又可以完全抵消因漏磁帶來的電抗，到達了減少損耗的效果。（4）采用特殊的繞組布置方式，減少變壓器阻抗，以提高功率原因COSφ。3．技術路線4、產(chǎn)品的技術實現(xiàn)在本項目產(chǎn)品的技術實現(xiàn)過程中，我們對項目設計圖紙進行可靠性審核后，進行原材料及部件的采購，所有原材料及零部件經(jīng)檢查合格后再進入庫房，先制作絕緣件及其他部件，再繞制線圈，剪制鐵芯然后進入裝配（此前所有部件要再通過測試合格），裝配后對器身進行有關處理后，即進行干燥處理。我們的節(jié)能技術重要是為了控制產(chǎn)品的負載損耗和提高工作效率，因此特種（電爐）變壓器低壓一般選擇側(cè)部引出低壓，再連接到外部端子，低壓的大電流注定使用大截面積才能滿足其需求，在處理這個問題上我們采用了上部敞口式，在制作中即減少了低壓引出線的長度，在裝配中不須對其進行約束，可輕易進行總轉(zhuǎn)配?？傃b前我們對干燥合格的變壓器器身以及外殼深入做有關測試，再進入總裝配，加入通過檢查的變壓器油，生產(chǎn)即結束。５．重要技術指標以HKSSP-17000/35為例：項目指標同類產(chǎn)品/項目實行前本項目產(chǎn)品/項目實行后負載損耗133000W119000W耗油7900Kg7200kg銅材700kg500kg三、項目的重要創(chuàng)新點1、合理布置電爐變壓器低壓側(cè)匯流排，減少漏磁損耗漏磁損耗是負載損耗中的一部分，它跟電流大小和大電流的相對位置有關，根據(jù)這一電學特性，把本來低壓側(cè)的匯流排從18mm減到10mm,即可以很好地散熱又可以基本抵消漏磁，到達了減少損耗的效果。2、采用特殊的繞組布置方式、減少變壓器阻抗，以提高系統(tǒng)功率原因COSφ目前的顧客對特種變壓器二次電壓的變化規(guī)定較大，按照常規(guī)繞組布置方式，使變壓器的阻抗隨二次電壓的變化平方而變化，由于變壓器阻抗影響總體系統(tǒng)運行COSφ,使得系統(tǒng)COSφ較小，本項目采用企業(yè)專有技術中的特殊繞組布置方式，使得變壓器的阻抗在二次電壓調(diào)整時變化很小，從而提高了系統(tǒng)功率原因COSφ。3、增大導體的表面積，減少趨附效應的影響并減少了電阻帶來的損耗變壓器的導線及引線銅排均有趨附效應這一特點，本項目通過減少繞組導線的單位截面積、增長并聯(lián)導線數(shù)量、增大導體的表面積來減少趨附效應的影響，也減少了電阻帶來的損耗。4、采用雙餅式并聯(lián)繞組，采用我司研制的專有技術中特殊換位方式使繞組內(nèi)部的循環(huán)電流降為零,從而減少了變壓器的損耗、減少了溫升。由于低壓繞組截面積大，并繞的導線根數(shù)諸多，本項目產(chǎn)品采用雙餅式并聯(lián)繞組，使用特殊導線換位措施，讓再多的并聯(lián)導線都是完全等長的(通過多次試驗證明，其他換位措施難以做到),這就讓多根并繞繞組內(nèi)部的循環(huán)電流降為零,不僅減少了變壓器的損耗并且還減少溫升。５、合理選擇繞組并繞根數(shù)，到達既減少繞組電阻又使集膚效應減弱，使二次電流到達額定的1.3倍本項目合理選擇繞組并繞根數(shù)，到達既減少二次電阻、又使集膚效應較弱的方式，跟老式的電爐、整流變壓器相比較（以12500KVA為例，因國家的產(chǎn)業(yè)政策低于6300KVA如下的電爐將淘汰，低于12500KVA的新項目不予同意）節(jié)省變壓器油500kg左右、節(jié)省銅材120kg、有效減少損耗3-5%。對于電爐變壓器的工作性質(zhì)，可縮短爐料的熔化時間，直接減少熱損失。由于二次電阻對應減少，繞組單位截面積也對應減少，集膚效應減弱使二次電流可達額定的1.3倍，處在最佳經(jīng)濟狀況運行。

五、成果轉(zhuǎn)化和推廣應用的條件及市場前景1．成果轉(zhuǎn)化和推廣應用的條件：（1）人員狀況：企業(yè)是一家專業(yè)從事變壓器研發(fā)及制造的高科技企業(yè)，既有員工98人，其中管理人員5人，科技人員30人，生產(chǎn)人員53人，銷售人員10人。企業(yè)員工研究開發(fā)和生產(chǎn)經(jīng)驗較為豐富，具有高級職稱3人，中級職稱15人，初級職稱23人，銷售人員大部分至少具有3年變壓器產(chǎn)品營銷工作經(jīng)驗，營銷經(jīng)驗豐富、市場開拓能力突出。（2）生產(chǎn)及科研設施：企業(yè)擁有生產(chǎn)面積6500平方米；試驗面積400平方米，擁有生產(chǎn)設備100多臺套；試驗、檢測設備25臺，有關設計、模擬、辦公軟件20多套，具有110KV電壓90MVA容量等級的生產(chǎn)能力。我司采用除原則件（螺桿、螺母）、專業(yè)零備件外購，其他關鍵組件（線圈、鐵芯、絕緣件、夾件、外殼）所有自行設計、生產(chǎn)的方式，擁有110KV級的有關檢測能力。（3）技術成熟性：項目產(chǎn)品所波及的提高功率原因、減少漏磁損耗等技術在國外，尤其是美、日等發(fā)達國家早已工業(yè)化，其成熟性有充足保證；項目產(chǎn)品系自主研發(fā)，擁有全自主知識產(chǎn)權，關鍵技術已經(jīng)獲得了７項國家專利。項目經(jīng)科學技術部西南信息中心查新中心查新結論表明：綜合具有本項目所述功能技術特性的低損耗節(jié)能電爐變壓器，國內(nèi)未見有關報道。經(jīng)國家中低壓輸配電設備質(zhì)量監(jiān)督檢查中心的嚴格檢測，所檢項目所有符合檢查根據(jù)的規(guī)定。產(chǎn)品通過在岳陽電業(yè)局城南區(qū)供應站、江蘇鑫源鎳業(yè)有限企業(yè)、宿遷翔翔實業(yè)有限企業(yè)等企業(yè)的試用推廣，各項性能指標均到達甚至優(yōu)于有關原則，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，損耗低，噪音小，溫升低，無污染，節(jié)能效果好，外形美觀，售后服務優(yōu)良，獲得了顧客的一致好評。綜上所述，企業(yè)已經(jīng)積累了相稱的技術儲備與人才基礎，在該領域具有很強的設計制造能力和豐富的實踐經(jīng)驗，已經(jīng)具有成果轉(zhuǎn)化和推廣應用的條件。2．市場前景（1）、國際市場前景在國際變壓器制造業(yè)中，殼式電爐變壓器具有相稱的規(guī)模和水平，如美國西屋電氣企業(yè)、挪威國民工業(yè)企業(yè)、比利時ACEC企業(yè)等，一直在生產(chǎn)著殼式電爐變壓器。這種變壓器可以最大程度地滿足顧客需要，并具有阻抗低、損耗小、重量輕等長處。據(jù)美國西屋電氣企業(yè)宣稱，殼式電爐變壓器與心式電爐變壓器相比，重量可減少40％，油重可減少50％，機械強度可提高30％—40％，占地面積可減少30％—40％，安裝費用可減少15％—20％。國外在電爐變壓器的構造、制造工藝、節(jié)能等方面都具有比較高的水平和較大的市場。（2）、國內(nèi)市場前景近年來伴隨電力工業(yè)的發(fā)展，我國的變壓器產(chǎn)業(yè)也得到了迅速的發(fā)展。我國變壓器年產(chǎn)為7.1億kVA，比同比增長12.5％；年產(chǎn)總?cè)萘康竭_8.5億kVA，同比增長到達20％，并且單機容量突破百萬千伏安，電壓也已升到750kV級，生產(chǎn)企業(yè)也在千家以上，出口總量超過1200×104kVA。不過，在110kv及如下的變壓器中，我國目前的水平與國外先進水平相比材料消耗多用8％～10％，這既有計算機優(yōu)化水平的原因，也有產(chǎn)品構造上的原因，這就需要我們?nèi)ヅΣ煌p少變壓器的成本。產(chǎn)品的優(yōu)化程序是關系到變壓器成本的關鍵程序，國內(nèi)有諸多企業(yè)自主或合作開發(fā)了許多這方面的程序，但大多數(shù)都沒有得到實際應用。原因之一是產(chǎn)品構造原則化沒有相對穩(wěn)定，其二是程序設計人員不熟悉變壓器的構造及計算，可用性欠佳。因此本項目產(chǎn)品采用優(yōu)化電爐變壓器的構造來改善變壓器性能，到達低損耗節(jié)能的目的，具有廣闊的市場前景。（３）目的市場本項目產(chǎn)品——低損耗節(jié)能電爐變壓器重要有節(jié)能、以便、構造簡樸的特點，可以廣泛用于鋼鐵、冶金、化工等行業(yè)中。（1）鋼鐵行業(yè)：鋼鐵行業(yè)是高能耗行業(yè)，鋼鐵工業(yè)總能耗占全國總能耗的10%，用電占全國總用電量的8.36%，綜合耗電760KWH/t，假設鋼鐵行業(yè)1000萬噸鋼鐵廠用電功率在500MW左右，變壓器的平均負載率為50%，變壓器容量在MVA，假設各級變壓器平均運行功率為99%左右，變壓器有功損耗在10MW，假如變壓器可節(jié)能2%，則可節(jié)電2MW，按整年8000h運行時間來計算，則可節(jié)省電能1600萬KWH，可見淘汰落后產(chǎn)能，推廣節(jié)能型變壓器重要性和市場的巨大潛力。（2）鐵合金產(chǎn)業(yè)：鐵合金產(chǎn)業(yè)作為鋼鐵生產(chǎn)的上游企業(yè)，同樣是高能耗產(chǎn)業(yè)，同樣受到國家“十二五”規(guī)劃調(diào)控，低于6300KVA如下的冶煉爐必須強行淘汰，目的是提高產(chǎn)能、減少排廢、有序發(fā)展。而鐵合金的電耗更高于鋼鐵行業(yè)，耗電是生產(chǎn)的絕對重要成本，占的比例在60%左右，伴隨電價的提高，將會更高。目前運行的變壓器在萬KVA以上，它們運行的總損耗在1.2億W以上，假如使用先進的節(jié)能變壓器將節(jié)能3-5%，那么可節(jié)電1.2億*3%=3600KWH/H。受產(chǎn)業(yè)政策調(diào)控，萬KVA的30%將淘汰，將重新更換大型號的冶煉變壓器，總?cè)萘烤褪?00萬KVA。（3）冶化行業(yè)：冶化行業(yè)對整流變壓器的需求在不停增長，在運行的變壓器總?cè)萘窟_萬KVA以上，受國家“十二五”規(guī)劃調(diào)控必須淘汰的將達60%。僅變壓器的需求達1200萬KVA，還不包括因新項目需求的整流變壓器。六、存在的重要問題及下一步研究發(fā)展目的１、存在的重要問題由于技術局限，本項目在低壓繞組的電流分派、二次輸出端子電流的均衡、減少金屬構造件的局部過熱等問題上尚未圓滿處理，節(jié)能降耗空間有待深入研究。２、下一步研究發(fā)展目的(1)向更大單臺功率發(fā)展電弧爐單臺爐容輸入的變壓器功率還將不停增大，如目前100t電爐國內(nèi)外均有配置120MVA爐變?nèi)萘?，未來也許150t－300t高阻抗電爐成為主流，這樣爐變?nèi)萘恳苍S高達l4OMVA－300MVA，二次電壓也將到達更高數(shù)值。(2)一次受電電壓將更高大容量的電爐變壓器規(guī)定電網(wǎng)短路功率越大越好，因此大容量高壓直降式電爐變壓器的一次電壓也許要高達220kV。(3)向成套性發(fā)展過電壓克制裝置、電容賠償裝置、電極電流測量系統(tǒng)、中性點絕緣電網(wǎng)的人造中性點及在線監(jiān)測等，將逐漸成為企業(yè)爐變產(chǎn)品的一部分。(4)低噪音的大型飽和電抗器應用通過變化直流控