低損耗節能電爐變壓器
衡陽市鴻業電力特種變壓器****
目錄一、概述 1
二、主要研究內容、關鍵技術、技術路線及主要技術指標 1
三、專案的主要創新點 4
五、成果轉化和推廣應用的條件及市場前景 5
六、存在的主要問題及下一步研究發展目標 9
低損耗節能電爐變壓器
技術研究報告
一、概述
電爐變壓器是專為各種電爐提供電源的變壓器。工業用電爐變壓器大致可分為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，因電費所佔的高成本而缺少市場競爭優勢，降低電耗成為電爐鋼廠提高經濟活力的重要課題。
本專案低損耗節能電爐變壓器採用的方法是相對優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；通過提高功率因素cosφ等技術手段來實現節能的目的。
專案產品經國家中低壓輸配電裝置質量監督檢驗中心的檢測，所檢專案全部符合檢驗依據的要求；通過在江蘇鑫源鎳業****、宿遷翔翔實業****等企業的試用推廣，產品質量穩定可靠，損耗低，噪音小，溫公升低，節能效果好，獲得了使用者的一致好評。
二、主要研究內容、關鍵技術、技術路線及主要技術指標
1．主要研究內容
1）特種變壓器低壓端子密封結構
本專案克服現有特種變壓器（主要是電爐變壓器和整流變壓器）密封效能的不足，研製出一種特種變壓器低壓端子密封結構，其結構簡單，並可以防止特種變壓器低壓端子出現漏油現象。
2）特種變壓器的油箱
本專案克服現有特種變壓器的油箱在低電壓、大電流工作狀態下，結構損耗大的缺點，研製出一種特種變壓器油箱，可以節約大量的變壓器油及適量的銅材、二次輸出效率高、抗擊內壓機械強度好。
3）低損耗節能技術研究
進一步有效減少電爐變壓器的內阻，提高功率因素，減少無功消耗，提高裝置執行的安全性、可靠性。
2．關鍵技術
（1）採用雙餅式低壓繞組及公司研製的專有技術中的特殊換位方法製造變壓器的二次繞組，使多根並繞的繞組環流下降為零，可以有效降低變壓器的損耗及溫公升。
（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並相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，達到了減少損耗的效果。
（4）採用特殊的繞組布置方式，降低變壓器阻抗，以提高功率因素cosφ。
3．技術路線
4、產品的技術實現
在本專案產品的技術實現過程中，我們對專案設計圖紙進行可靠性審核後，進行原材料及部件的採購，所有原材料及零部件經檢驗合格後再進入庫房，先製作絕緣件及其它部件，再繞制線圈，剪製鐵芯然後進入裝配（此前所有部件要再經過測試合格），裝配後對器身進行相關處理後，即進行乾燥處理。
我們的節能技術主要是為了控制產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部引出低壓，再連線到外部端子，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採用了上部敞口式，在製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，可輕易進行總轉配。**前我們對乾燥合格的變壓器器身以及外殼進一步做相關測試，再進入**配，加入經過檢驗的變壓器油，生產即結束。
５．主要技術指標
以hkssp-17000/35為例：
三、專案的主要創新點
1、合理布置電爐變壓器低壓側匯流排，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，根據這一電學特性，把原來低壓側的匯流排從18mm減到10mm,即可以很好地散熱又可以基本抵消漏磁，達到了減少損耗的效果。
2、採用特殊的繞組布置方式、降低變壓器阻抗，以提高系統功率因素cosφ
現在的使用者對特種變壓器二次電壓的變化要求較大，按照常規繞組布置方式，使變壓器的阻抗隨二次電壓的變化平方而變化，由於變壓器阻抗影響總體系統執行cosφ,使得系統cosφ較小，本專案採用公司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整時變化很小，從而提高了系統功率因素cosφ。
3、增大導體的表面積，減少趨附效應的影響並減少了電阻帶來的損耗變壓器的導線及引線銅排都有趨附效應這一特點，本專案通過減少繞組導線的單位截面積、增加併聯導線數量、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、採用雙餅式併聯繞組，採用本公司研製的專有技術中特殊換位方式使繞組內部的迴圈電流降為零,從而降低了變壓器的損耗、降低了溫公升。
由於低壓繞組截面積大，並繞的導線根數很多，本專案產品採用雙餅式併聯繞組，使用特殊導線換位方法，讓再多的併聯導線都是完全等長的(經過多次試驗證實，其它換位方法難以做到),這就讓多根並繞繞組內部的迴圈電流降為零,不但降低了變壓器的損耗而且還降低溫公升。
５、合理選擇繞組並繞根數，達到既減少繞組電阻又使集膚效應減弱，使二次電流達到額定的1.3倍
本專案合理選擇繞組並繞根數，達到既減少二次電阻、又使集膚效應較弱的方式，跟傳統的電爐、整流變壓器相比較（以12500kva為例，因國家的產業政策低於6300kva以下的電爐將淘汰，低於12500kva的新專案不予批准）節約變壓器油500kg左右、節約銅材120kg、有效降低損耗3-5%。對於電爐變壓器的工作性質，可縮短爐料的熔化時間，直接減少熱損失。由於二次電阻相應減少，繞組單位截面積也相應減少，集膚效應減弱使二次電流可達額定的1.
3倍，處於最佳經濟狀況執行。
五、成果轉化和推廣應用的條件及市場前景
1．成果轉化和推廣應用的條件：
（1）人員情況：
公司是一家專業從事變壓器研發及製造的高科技企業，現有員工98人，其中管理人員5人，科技人員30人，生產人員53人，銷售人員10人。企業員工研究開發和生產經驗較為豐富，具有高階職稱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年變壓器產品營銷工作經驗，營銷經驗豐富、市場開拓能力突出。
（2）生產及科研設施：
公司擁有生產面積6500平方公尺；實驗面積400平方公尺，擁有生產裝置100多台套；實驗、檢測裝置25臺，相關設計、模擬、辦公軟體20多套，具備110kv電壓90mva容量等級的生產能力。本公司採用除標準件（螺桿、螺母）、專業零備件外購，其它核心元件（線圈、鐵芯、絕緣件、夾件、外殼）全部自行設計、生產的方式，擁有110kv級的相關檢測能力。
（3）技術成熟性：
專案產品所涉及的提高功率因素、減少漏磁損耗等技術在國外，尤其是美、日等發達國家早已工業化，其成熟性有充分保證；
專案產品系自主研發，擁有全自主智財權，核心技術已經取得了７項國家專利。
專案經科學技術部西南資訊中心查新中心查新結論表明：綜合具備本專案所述功能技術特徵的低損耗節能電爐變壓器，國內未見相關報道。
經國家中低壓輸配電裝置質量監督檢驗中心的嚴格檢測，所檢專案全部符合檢驗依據的要求。
產品通過在岳陽電業局城南區**站、江蘇鑫源鎳業****、宿遷翔翔實業****等企業的試用推廣，各項效能指標均達到甚至優於相關標準，質量穩定可靠，損耗低，噪音小，溫公升低，無汙染，節能效果好，外形美觀，售後服務優良，獲得了使用者的一致好評。
綜上所述，公司已經積累了相當的技術儲備與人才基礎，在該領域具有很強的設計製造能力和豐富的實踐經驗，已經具備成果轉化和推廣應用的條件。
2．市場前景
（1）、國際市場前景
在國際變壓器製造業中，殼式電爐變壓器具有相當的規模和水平，如美國西屋電氣公司、挪威國民工業公司、比利時acec公司等，一直在生產著殼式電爐變壓器。這種變壓器能夠最大限度地滿足使用者需要，並具有阻抗低、損耗小、重量輕等優點。據美國西屋電氣公司宣稱，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結構、製造工藝、節能等方面都具有比較高的水平和較大的市場。
（2）、國內市場前景
近年來隨著電力工業的發展，我國的變壓器產業也得到了快速的發展。2023年我國變壓器年產為7.1億kva，比2023年同比增長12.
5％；2023年年產總容量達到8.5億kva，同比增長達到20％，而且單機容量突破百萬千伏安，電壓也已公升到750kv級，生產企業也在千家以上，出口總量超過1200×104kva。但是，在110kv及以下的變壓器中，我國目前的水平與國外先進水平相比材料消耗多用8％～10％，這既有計算機優化水平的原因，也有產品結構上的原因，這就需要我們去努力不斷降低變壓器的成本。
產品的優化程式是關係到變壓器成本的關鍵程式，國內有很多企業自主或合作開發了許多這方面的程式，但大多數都沒有得到實際應用。原因之一是產品結構標準化沒有相對穩定，其二是程式設計人員不熟悉變壓器的結構及計算，可用性欠佳。因此本專案產品採用優化電爐變壓器的結構來改善變壓器效能，達到低損耗節能的目的，具有廣闊的市場前景。
（３）目標市場
本專案產品——低損耗節能電爐變壓器主要有節能、方便、結構簡單的特點，可以廣泛用於鋼鐵、冶金、化工等行業中。
（1）鋼鐵行業：鋼鐵行業是高能耗行業，2023年鋼鐵工業總能耗佔全國總能耗的10%，用電佔全國總用電量的8.36%，綜合耗電760kwh/t，假設鋼鐵行業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2000mva，假設各級變壓器平均執行功率為99%左右，變壓器有功損耗在10mw，如果變壓器可節能2%，則可節電2mw，按全年8000h執行時間來計算，則可節約電能1600萬kwh，可見淘汰落後產能，推廣節能型變壓器重要性和市場的巨大潛力。
（2）鐵合金產業：鐵合金產業作為鋼鐵生產的上游企業，同樣是高能耗產業，同樣受到國家「十二五」規劃調控，低於6300kva以下的冶煉爐必須強行淘汰，目的是提高產能、減少排廢、有序發展。而鐵合金的電耗更高於鋼鐵行業，耗電是生產的絕對主要成本，佔的比例在60%左右，隨著電價的提公升，將會更高。
目前執行的變壓器在2000萬kva以上，它們執行的總損耗在1.2億w以上，如果使用先進的節能變壓器將節能3-5%，那麼可節電1.2億*3%=3600kwh/h。
受產業政策調控，2000萬kva的30%將淘汰，將重新更換大型號的冶煉變壓器，總容量就是600萬kva。
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