变压器的应用现状与趋势讲解.pdf

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1、变压器的应用现状与趋势 随着新增发电装机的不断增长，我国对各类变压器的需求也持续增 长。近年来，国内变压器行业通过引进国外先进技术，使变压器产品 品种、水平及高电压变压器容量都有了大幅提高。国内企业生产的变 压器品种包括超高压变压器、换流变压器、全密封式变压器、环氧树 脂干式变压器、 卷铁心变压器、 组合式变压器等。 此外，随着新材料、 新工艺的不断应用， 国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种 结构形式的变压器，以适应市场发展。 1 变压器行业规模和市场结构分析 目前， 我国注册的变压器生产企业1000 多家， 有能力生产 500kV 变压器的企业不超过10 家，其中包括特变电工的沈阳变

2、压器厂、衡 阳变压器厂、西安变压器厂、保定天威保变电气股份有限公司、常州 东芝变压器有限公司、 重庆 ABB 变压器有限公司、 上海阿尔斯通变 压器有限公司等；能生产220kV 变压器的企业不超过30 家，生产 110kV 级的企业则有 100家左右，其中年产超过百台的企业有特变电 工衡变、沈变，保变、青岛青波、华鹏等厂家；生产干式配电变压器 的企业约有 100 家，生产能力在 100 万 kV?A 以上的企业有顺德、金 乡、许继、华鹏等厂家；生产箱式变压器的企业有600700家。 我国变压器行业规模庞大，但中小企业居多。根据截止2008 年 11月的统计，我国变压器行业内共有企业1589个，

3、工业总产值超过 1 亿的只有 130多家，员工人数超过 2000 人的只有 16 家。根据统计， 销售收入最高的保定天威达到了107.9 亿元，占全行业的5.86%，前 10 名企业的累计份额为20.6%。近年来，通过技术改造、 兼并重组和 扩张等方式，我国变压器类产品的生产能力大幅度提升。例如，特变 电工拥有沈阳、衡阳、 新疆、天津生产厂，西电公司拥有西安、常州 生产厂，保定天威拥有保定、秦皇岛、合肥等生产厂。三个集团变压 器类产品的生产能力均接近或超过80000MV?A。与此同时，以华鹏、 达驰、青岛、钱江等企业为代表的生产企业也在逐步地扩大自己的生 产规模，提高自己的生产能力，年生产能力

4、均在千万千瓦时以上。 中国 电力事业的蓬勃发展吸引了国际上的电工装备跨国公司在 中国投资，近年来在我国建立的变压器合资生产企业，如ABB 、西 门子、阿海珐、东芝、晓星等，在中国变压器市场上尤其是在高电压 等级产品上占有一定的份额。 目前，在中国境内生产变压器的企业主要分为四大阵营：ABB、 阿海珐、西门子、东芝等几大跨国集团公司以绝对优势形成了第一阵 营，占据 20%30%的市场份额，且市场份额仍在不断扩大；保变、 西变、特变等国内大型企业通过提升产品的技术水平和等级，占有 30%40%的市场份额；以 江苏华鹏变压器有限公司、顺特电气有限 公司、青岛青波变压器股份有限公司、常州变压器厂、山东

5、 达驰电气 股份有限公司、杭州钱江电气集团有限公司等为代表的制造厂商形成 了第三阵营；不少民营企业由于经营机制灵活， 没有非生产性的负担， 也形成了一定的市场份额，形成第四阵营。 随着行业的竞争越来越激烈， 我国变压器企业一方面面临研发设 计、品牌塑造、 高新技术专业人才引进、跨国营销体系的建立等方面 的挑战，这些都需要有创新的眼光和创新的能力作支撑；另一方面， 面对外资企业进入本土市场， 国内变压器大企业竞相兼并重组，小企 业则陷入价格战中，生存状况不佳。因此，我国变压器企业必须严格 规范企业 管理，满足国际化经营对企业的新要求；同时，尽快突破高 端技术，拓展新市场。 2 我国变压器产品发展

6、现状 电力变压器。目前，已在系统运行的代表性产品包括：1150kV、 1200MV?A ，735765kV、800MV?A ，400500kV、3750MV?A 或 1550MV?A，220kV、31300MV?A 电力变压器；直流输电 500kV、400MV?A 换流变压器。电力变压器主要为油浸式，产品结 构芯式和壳式两类。芯式生产量占95%，壳式只占 5%。芯式与壳式 相互间并无压倒性的优点， 只是芯式工艺相对简单， 因而为大多数企 业采用，而壳式结构与工艺都要更为复杂，只有传统性工厂采用。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 山区水电站的运输，因而仍有其生命力

7、。 配电变压器。国外配电变压器容量能达到到2500kV?A，有圆形 与椭圆形铁心型式。圆形的占绝大多数，椭圆形的由于M0 小，因而 用料可以减少，其对应线圈为椭圆形。低压线圈有线绕式与箔式，油 箱有带散热管的与波纹式的。 干式变压器。近来来，干式变压器在国内得到迅猛发展，在京、 沪、穗、深等大城市，干变已经占到50%，而在其它大中城市也已经 占到 20%。干变有四种结构：环氧树脂浇注、加填料浇注、绕包、浸 渍式。目前，欧美广泛采用开敞通风式H 级干式变压器，是在浸渍 式基础上吸取了绕包式结构的特点并采用Nomex 纸后发展起来的新 型 H 级干变，由于售价高，在我国尚未推广。目前，国内通过短路

8、 试验容量最大的干式配电变压器是2500kV?A、10/0.4kV；通过短路 试验容量最大的干式电力变压器是16000kV?A、35/10kV。 非晶合金变压器。非晶合金变压器虽然抗短路性能差、噪音大， 但是节能，因此未来发展前景可观。 国内只有少数企业掌握非晶合金 变压器铁心生产技术。目前，置信电气参股40%的日港置信具有 30004000t的铁心年产能力，是国内最大的非晶合金变压器铁心生产 企业，但其产品基本直供给置信电气，能够满足置信电气30004000 台 500kV?A 非晶合金变压器的生产需求。除置信电气以外，我国其 他知名变压器生产企业，如顺特电气、江苏华鹏、特变电工、杭州钱 江

9、电器集团、天威保变、西变等均掌握了非晶合金变压器的生产技术， 但由于市场容量及铁心供应等问题，均未进行大规模生产。 然而一旦 市场容量扩大、 铁心供应增加， 以上变压器企业要扩大非晶合金变压 器产能易如反掌。 总体上，铁心及变压器的生产技术并不是制约我国 推广非晶合金变压器的关键性因素，非晶合金带材的突破才能促成产 品质的飞跃。 卷铁心变压器。 目前，卷铁心变压器的生产主要集中在10kV 级， 容量一般小于800kV?A，也试制了1600kV?A，但电力部门采购以 315kV?A 以下的容量居多， 适合用于农网。 全国现有卷铁心变压器生 产厂 200多家，有一定规模的占20%。全国强卷铁心变压

10、器生产能力 约为 1600万 kV?A ，但实际产量较低。 3 我国变压器制造技术现状 总体来看，中国变压器行业总体产品技术水平有了明显进步，但 与国外产品相比， 还存有一定差距， 某些核心技术和产品对进口的依 赖性依然很高。 3.1 铁心制造技术 国内各企业主要是通过改善自己的剪切设备来改进铁心的生产 技术，目前铁心制造技术有以下变化：铁心柱采用嵌下轭工艺。 与常规工艺相比可节省大量的芯柱叠装时间，提高铁心叠装质 量，该工艺适用于配电变压器铁心的自动化生产。多级接缝铁心的 应用。近年来， 设计上为降低铁心接缝处的空载损耗，逐渐将传统的 单一接缝改为多级接缝。国内变压器企业多采取局部阶梯接缝的

11、做 法， 不仅能降低变压器空载损耗15%以上， 而且能降低噪声 3%4%。 铁心片加工技术。 20 世纪 70 年代初，国内各变压器生产企业均采 用国产硅钢片纵剪线和多剪床组成的简易硅钢片横剪线。目前，国内 运行的硅钢片横剪切线除乔格公司独占鳌头外，瑞士阿尔斯通公司的 产品也占有一席之地。 3.2 绕组制造技术 20世纪 90 年代西变引进了法国阿尔斯通公司及日本日立国分工 厂技术后，便正式推行了绕组组装工艺。目前，西变已建有绕组组装 工艺场地。这项工艺也逐渐为全国各变压器厂家青睐，并得以迅速推 广。 3.3 绝缘加工技术 20 世纪 80 年代，随着产品电压等级容量的提高和实验项目的增 加，

12、绝缘加工逐渐从 金属加工中分离出来。 现有龙门数控加工中心实 现了绝缘加工的全自动化。 3.4 绝缘干燥和油处理技术 油浸式变压器采用的是油纸绝缘结构。其核心工艺是绝缘材料的 干燥处理，以及变压器的真空脱水。 气相干燥： 20 世纪 80 年代中期，国内沈变、西变和保变三大变 压器厂率先从瑞士Micafil 公司引进气相干燥设备。近年来煤油蒸发 器又开发出内置式新产品， 与传统的外置式蒸发器相比， 两者各有利 弊。 变压器油处理：进入上个世纪80 年代，随着国外先进油过滤设 备的引进，国内油净化技术得到了长足发展。企业大多采用了先进的 真空喷雾净油法，它的去杂质和脱水效果是其他方法不能媲美的。

13、 3.5 节能技术 就变压器节能技术发展历程看，中国变压器历经了S6、S7、S9、 S11 等几个系列的替代过程，目前S9 型节能产品成为市场主流，而 S11节能型产品的市场规模正在增长。 在推广 S11的市场过程中，S11 的销售价格比 S9 的平均高出 14.2%，所以价格仍是影响S11 变压器 普及推广的主要因素。 目前，新 S9 产品虽已占据大部分市场，但随着经济的发展，用 户对“ 11”型产品的需求逐步增长。S11 型叠铁心变压器是在新S9 成熟的技术基础上设计开发的，在保持产品可靠性的前提下， 其性能 指标有了较大提高。与传统的叠片式变压器相比，S11卷铁心配电变 压器具有节约原材

14、料、节能、改善供电品质、噪音低和机械化程度高 等特点。 4 变压器产品及技术发展趋势 近年来，国外开发研制了全自动绕线机自动排线、自动张紧，提 高了绕线的质量。 直流换流变压器制造技术是目前世界变压器制造领 域最尖端的技术之一，代表着变压器制造业的最高水平。总体来看， 组合化、低损耗、低噪声、节能 环保、高可靠性将是未来变压器的发 展方向。随着用户对电能质量的要求越来越高， 是否会产生高次谐波、 引起电压闪变和波动、 对电网造成污染等也将成为判断变压器性能优 劣的重要标准。此外，有利于环境美观的地下式变压器、防火性能好 的干式变压器和低损耗的S11 型油浸配电变压器等都将得到越来越 广泛的应用

15、。 世界变压器技术的发展目标是轻量、高效、高密度；片式化产品 将获得进一步发展；高频、低损耗、小尺寸、低价位的电源变压器将 占有大量市场；高压电源变压器市场前景广阔。 在配电变压器制造中， 随着铁心变压器的发展， 将会研制出成套的自动化程度较高的卷铁心 生产设备，包括剪切卷制、成型和退火设备。 国内变压器将朝着以下方向发展： 4.1 电压等级向特大型超高电压发展 目前，变压器产品按电压等级分为高端变压器、220500kV 变 压器、 110200kV 变压器以及小于110kV 的变压器。输变电线路的 电压等级越高输变电能力越大， 因而变压器整体发展方向是电压等级 将向 750kV、1000kV

16、 发展，主要应用在长距离输变电线路上。 4.2 产品向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展这类 产品主要以中小型为主， 如目前在城网、 农网改造中被推荐采用的新 S9 型配电变压器，还有卷铁心、非晶合金、全密封、组合、干式、 高燃点油、 SF6气体绝缘等变压器。 4.3 超高压大型变压器向大容量、轻结构、三相式和组合式方向 发展城市变电站因选址困难和负荷集中，使变电站的设计容量趋大、 选用电压等级趋高， 500kV 变压器将进入城市中心区域。500kV 单台 容量将突破 1500MV?A，220kV 单台容量将突破300MV?A，35kV 单 台容量将突破 31.5MV?A。 4.4 城

17、网用变压器向高阻抗方向发展 另外，城市用变压器应具备高可靠性和节能、环保、低噪声、小 型化等特点。 城市中的变电站有时呈个性化设计，从而影响变压器的 结构和外形、甚至冷却方式和型式。具体要求表现在：组合式。占 地面积少，体检小，成本低。模块化。标准模块化装配， 通用性高， 维修方便，供货迅速。智能化。可自行实现无功调节，远方监控， 操作方便。艺术性。与环境相协调。可移动性。重量轻，灵活移 位安装，方便操作，适用范围广。足够的防爆能力。 4.5 配电变压器向小型化、卷铁心、非晶合金、常温超导方向发 展以电力变压器为例， 它的具体发展方向表现在： 环保型全自冷变 压器将逐步取代强油风冷或风冷变压器

18、。地下河户内安装的变压器 将逐步取代传统的户外型变压器。 地下和水下配电变压器将逐步取 代传统配电变压器。 变压器技术 经济指标 将愈趋先进， 高导磁低损 耗硅钢片将在配变范围内逐步取代传统硅钢片，非晶合金配电变压器 的应用将更加广泛。 紧凑型半地下化的预装式变电站或组合式变压 器在配网中将逐年增加。 难燃油电力变压器由于其可结合耐高温绝 缘系统，具有小型化趋势， 安装地点更具灵活性。超高压大容量变 压器逐步进入城市中心区域。 随着技术的成熟， 电力电子器件性能 的提高和成本的降低， 电力电子变压器将在多个领域内得到广泛的应 用，将实现数字电网的远景目标。 5 变压器行业市场需求分析 由于我国

19、电网建设明显滞后于电源建设，加剧了电力供应紧张的 局面。同时，由于主网架相对薄弱，以及电网结构不合理，也限制了 对供电资源的调配能力。 为全面解决电网建设滞后的问题，落实中央进一步扩大内需、 促 进经济增长的部署，国家电网将投资规划由原来的“未来两年投资 5500 亿元”调整为“未来两到三年投资1.16 万亿元” ，年均投资额由 2750 亿元提高至 3866 亿元，提高幅度达到40%。在电网建设中，主 干电网建设将成为电网投资的重中之重，国内220kV 及以上输电网 建设在未来两三年将处于景气周期。受益于直流超高压线路的建设， 500kV 及以上产品的增长将有所提速，高压设备生产企业将明显受

20、 益，其中包括超高压变压器。 按照我国电站向大机组发展的趋势以及当前的输电模式，未来 50%以上的电站将直接与500kV 输电线路相接，另外 50%则与 220kV 输电线路连接。预计我国220kV 及以上输电网建设在2009 年2010 年仍将高速增长， 2011年 220kV 及以上变压器的需求量将达到3.52 亿 kV?A，2012 年之后，国内 220kV 及以上变压器的需求也将出现饱 和，考虑到产品更新换代的问题，220kV 及以上变压器年均需求量将 维持在 3.5 亿 kV?A。 5.1500kV 变压器 目前国内新建电厂中单机容量60 万 kW 的机组已经成为主力机 型，随着时间

21、的推移， 装机构成中 60 万 kW 大型机组的比重将上升。 电力系统技术导则规定，单机容量为500MW 及以上机组，一般 宜直接接入500kV 电压电网。根据中国电器工业协会的数据，2007 年国内发电设备企业60 万 kW 和 100万 kW 火电机组的产量为5260 万 kW，占当年火电设备总产量的比重达到53%。60 万 kW 机组占比 的增加，意味着需要建设更多的500kV 输电线路，中间变电容量也 会有所增长。 为了提高电网的稳定水平，国家电网公司计划在“十一五”末期 争取解开所有主网架重载输电主通道上的电磁环网，将累计打开 500/220kV 电磁环网 62 处，而解开上述电磁环

22、网的基本手段就是强 化 500kV 电网结构，实现500kV 与 220kV 分层分区运行。 对于一些已经形成500kV 电网主网架的大中城市，也存在随负 荷的增加必须强化电网结构的问题。那些目前以220kV 电网作为主 网架的大中城市，也不排除未来建设500kV 城市环网甚至双环网的 可能。随着时间的推移，预计500kV 变压器的更新需求也将逐渐增 长，到 2010 年国内年需求约为2.5 亿 kV?A，20102015年年均需求 预计将维持在 2.2亿 kV?A 的水平。 5.2 直流换流变压器 我国超高压直流输电的应用主要是为了解决能源中心和负荷中 心地理位置相距较远的问题。 水能和煤炭

23、资源是我国电力能源供应的 两大支柱，其中水能资源主要分布在西部，而且开发程度很低，不到 15%；煤炭探明储量中华北和西北地区所占比例超过70%，开发潜力 非常巨大。而我国经济发达地区基本集中在京、津、冀、鲁、华东和 华中东部四省以及南方的广东省，客观上需要从外部大规模调入能 源。 考虑到特高压直流输电线路的经济性明显好于500kV 交流线路， 我国制定了大规模建设高压直流输电线路的计划，包括800kV 直流 和 500kV 直流输电工程。 根据规划， 到 2020年 800kV 特高压直流线 路将建设 15 回，总输送功率为1.02 亿 kW。正在建设的 云南广东 800kV 和向家坝上海80

24、0kV 就是云南水电和金沙江水电送出特高 压直流输电工程中的项目。 预计到 2015 年，包括 500kV 和 800kV 在 内的直流换流变压器的市场需求大约为400亿元。 5.3 特高压交流变压器 我国第一条特高压线路晋东南？南阳？荆门交流示范工程已于 2008 年底试运行。据了解， 2010 年前国网公司计划开工建设的项目 还包括淮南？芜湖？浙北？上海、 晋东南？南阳？荆门二回和荆门？ 武汉、晋东南？ 北京、晋东南？陕北等多项特高压工程。 “十一五” 期间，国网公司特高压交流输变电工程建设线路将达4200km，变电 容量 3900万 kV?A。到 2020 年，国网公司的目标是建成特高压

25、交流 变电站 53 座，变电容量 3.36 亿 kV?A，线路长度 4.45 万 km。南网 公司也有类似计划，预计到2030 年建成“五交二直”的特高压电网。 与 800kV 直流换流变压器一样， 1000kV 特高压变压器也是单相 变压器，单台容量为100 万 kV?A ，三台为一组。根据国网公司计划 在 2010 年投运的特高压变电容量推算，除去晋东南？荆门示范性项 目已经确定的 8 台，2010年前还将需要约30 台。如果考虑到备用变 压器，以及南网公司的特高压项目， 所需特高压变压器将达到40 台。 2011年2020 年， 国网公司特高压变电容量将投运约3 亿 kV?A， 对特高压

26、变压器的总需求将达到300台，总金额可达 120亿元。考虑 到南网公司的特高压建设， 我们估计 2011年2020年国内 1000kV 特 高压变压器市场总需求可能达到170亿元。 5.4 核电发展对变压器市场的影响 根据国家发改委制定的 核电中长期发展规划 ， 预计到 2020年， 核电运行总规模将达到4497 万 kW，另有未完工核电建设规模1800 万 kW。核电建设规模的扩大将极大地提升高端变压器的市场空间。 综合核电变压器招标的信息来看，一个完整的百万 kW 级机组共需要 550kV/37MW 变压器 4 台；220kV 高压厂用变压器 2 台，220kV 辅助 变压器 1 台。2020 年未完工核电建设规模为1800 万 kW，如果未来 几年全部使用 500kV 或 1000kV 级别的变压器，则2020 年以前核电 建设所需变压器市场容量分别为49 亿元和 41.9 亿元。 总体看，中国变压器市场一直都在平稳中发展。随着新一轮电力 投资热潮的来临， 输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状 态，呈现出产销两旺、十分景气的局面。而作为输配电行业一个重要 分支的变压器制造业更是一路高歌。由于中国西电东送，南北互供， 全国联网的实施，变压器需求仍将保持平稳增长的态势。