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壓器能效標準升級及選擇
變壓器能效標準升級
GB 20052 - 2024《電力變壓器能效限定值及能效等級》已于2024年4月發布(2025年2月1日實施),國家高度重視配電變壓器的節能降耗,自2006年首發后,能效等級標準每7年修編一次,大幅度提高能效等級限值。本次修訂的GB 20052 - 2024版與2020版相比,間隔4年,算是一次小的修編,能效等級和能耗標準基本沒有變化,主要是增加了風、光、儲等新能源發電側變壓器的能效等級標準,將范圍擴大到適用于“高阻抗變壓器”,更改了阻抗值范圍。
以下是GB 20052標準不同版本的能效對比(以干式變壓器為例):
a. 2006版標準沒有能效等級,只有限定值和節能評價值;也沒有非晶合金變壓器。其限定值較節能評價值空載和負載損耗分別高2.6 %和5.5 %,其節能評價值與2013版3級能效硅鋼帶變壓器相當;與2013版1級能效相比,空載損耗高28 %,負載損耗高10 %。
b. 2013版增加了非晶合金變壓器,規定的非晶合金變壓器負載損耗高于硅鋼帶變壓器5 %。對比2020版和2013版標準,變壓器降耗中空載損耗降幅更大,負載損耗方面非晶合金已要求與硅鋼相同,能效對比如表1、表2所示。
c. 2024版與2020版相比,除個別容量的油浸式變壓器之外,各級的能效指標基本沒變。
GB 20052 - 2024版與2020版的主要區別
a. 適用范圍的更新:增加新能源發電側光伏用、風電用、儲能用變壓器。
2024版與2020版標準相比,重點增加了新能源發電側光伏用、風電用、儲能用三相6 kV、10 kV、35 kV、66 kV電壓等級變壓器的能效限定值及能效等級。
增加的這部分能效等級未區分硅鋼帶和非晶合金變壓器,但從空載損耗限定值可看出,應該是硅鋼帶變壓器,未將非晶合金變壓器列入。正在編制的中國電器工業協會標準《光伏 / 風電發電用變壓器能效等級》適用范圍包括了非晶合金變壓器。
b. 適用范圍擴大到高阻抗變壓器,更改了短路阻抗值,增加了高阻抗值。主要是針對輸變電側普遍使用的高阻抗變壓器。同級別變壓器阻抗提高,能耗指標沒降,變壓器制造成本更高。
c. 對于10 kV干式變壓器:能效限值和等級沒有變化,僅調整短路阻抗,630 ~ 2 500 kVA的短路阻抗由6 % 調整到6 % ~ 8 %;可選擇8 % 的變壓器。
d. 對于油浸式變壓器:修改了10 kV容量2 500 kVA油浸式變壓器的負載損耗限定值,損耗值增大,降低了要求(估計因成本增加過多而降低指標),1級和2級硅鋼帶變壓器負載損耗提高了14 % 左右,1級和2級非晶合金負載損耗提高了5 %左右。
e. GB 20052 - 2024版和2020版1、2、3級能效的干式變壓器能效指標沒有變化。同能效等級的干式變壓器,硅鋼帶變壓器空載損耗標準較非晶合金變壓器高60 %,負載損耗標準相同。自GB 20052 - 2013版加入非晶合金鐵心的變壓器以來,非晶合金變壓器技術已更加成熟。
變壓器型號及能耗代號
GB 20052已修訂到2024版,而相關編號標準JB / T 3837 - 2016《變壓器類產品型號編制方法》仍未修訂。變壓器的型號表述是按JB / T 3837 - 2016進行編制的,其形式如下(具體字母、數字代表含義見標準):
變壓器損耗水平代號我國從“7”開始,以前是設計序號,如S5是第5次統一設計。從7開始,成了性能代號,數字越大,損耗值(尤其空載損耗或稱鐵損)越小。
過渡期變壓器型號問題
由于JB / T 3837 - 2016還沒有新的修訂版,目前仍沿用全國變壓器標準化技術委員會2020年11月召開標委會會議擬定的試用期《電力變壓器損耗水平代號確定辦法》,確定生產和選擇變壓器能耗代號,按會議紀要的要求,試用期截止到JB / T 3837 - 2016修訂版正式發布實施之日。
應該注意的是硅鋼帶干式變壓器已無13編號,設計時不宜再選擇13編號的干式變壓器。
按紀要,除代號15有非晶合金油變和干變外,已分別按硅鋼帶、非晶合金鐵心和油變、干變分別給出了不同的代號,16編號仍未啟用,估計還是因為JB / T 3837 - 2016已將此編號分配給了非晶合金變壓器。
變壓器鐵心材料和鐵心型式的選擇
>>>> 鐵心材料的選擇:硅鋼帶和非晶合金,建議關注非晶合金鐵心
鐵心材料的制造與技術發展緊密相關,直接推動了節能配電變壓器的應用及推廣。“十三五”期間,我國變壓器鐵心材料制造技術實現了快速發展,適用于高效變壓器的鐵心材料主要有高磁感取向硅鋼和非晶合金。工作磁密下非晶合金鐵心和硅鋼鐵芯單位損耗比較見圖1,非晶合金鐵心仍有下降空間。
非晶合金又稱為金屬玻璃或液態金屬,用于變壓器鐵心材料的非晶合金帶材,是新型的高性能綠色金屬材料,具有高磁導率、低損耗特點。非晶合金是全生命周期的節能材料,在制造、應用、回收等方面都具有綠色節能優勢,成為大力發展的方向。非晶與取向硅鋼單噸制造能耗對比見表3。
>>>> 鐵心結構的選擇:鐵心結構分為疊鐵心、卷鐵心,建議關注立體卷鐵心變壓器
a. 卷鐵心由于是沿著取向硅鋼片的最佳導磁方向卷繞而成,完全充分地發揮了取向硅鋼片的優越性能,磁路畸變小,因此比疊片式鐵心空載損耗及空載電流都要小(疊片式鐵心因有疊片接縫,會有磁路畸變),所以從節能上來說,卷鐵心具有優勢;另外疊鐵心用料較卷鐵心消耗要大一些;但卷鐵心制造工藝要求高,較疊鐵心變壓器難度大,可維修性較疊鐵心弱。
b. 按鐵心型式又分為平面疊鐵心、平面卷鐵心、立體卷鐵心(如圖2所示)。
平面疊鐵心是由縱剪生產線和橫剪生產線將硅鋼帶加工成一定形狀的硅鋼片,再將硅鋼片按一定方式疊成。疊鐵心橫截面呈階梯型。
立體卷鐵心的每個單框由開料機曲線剪切開料形成的若干根硅鋼帶薄片連續卷繞而成,卷繞后呈梯形狀,每個單框橫截面接近半圓形,整裝拼合后的橫截面為接近整圓的準多邊形。
c. 疊鐵心變壓器和卷鐵心變壓器各有優勢,疊鐵心變壓器仍占主流。
>>>> 硅鋼帶與非晶合金變壓器,建議關注非晶合金變壓器
a. 與硅鋼變壓器相比,非晶合金變壓器節能性高,尤其是其空載損耗低(不到硅鋼的40 %)的特點得以廣泛應用。隨著非晶合金材料產能的擴大和應用的普遍,且生產耗能低、易回收,符合國家產業政策和電網節能降耗的要求。
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