我國成功研制世界首臺大型節(jié)能卷鐵牽引變壓器
發(fā)布日期：2015-01-08 | 來自：中國工業(yè)報 | 閱讀：6747次
我國首臺擁有自主知識產(chǎn)權的220kV/56.5MVA卷鐵芯牽引變壓器日前通過了國家變壓器質檢監(jiān)督檢驗中心最嚴酷的短路試驗和全套型式試驗，標志著世界上第一臺大型卷鐵芯節(jié)能牽引變壓器在我國研制成功。相比目前被廣泛使用的疊片式變壓器，卷鐵芯牽引變壓器能夠降低空載能耗40%以上，即將被安裝到中南通道王家莊牽引變電所做示范應用。
隱性能耗不容忽視
卷鐵芯牽引變壓器的研制成功是我國產(chǎn)學研用結合的典型案例。該項目由中國鐵路總公司立項支持，常州太平洋電力設備（集團）有限公司、西南交通大學電氣工程學院和中鐵工程設計咨詢集團有限公司聯(lián)合攻關，沈陽變壓器研究院提供技術支撐，常州西電變壓器有限責任公司提供生產(chǎn)支撐。
近年來，我國節(jié)能減排工作力度已然不小，但往往對顯性能耗關注較多，而忽略了隱性能耗，如電氣設備的空載損耗。這是由變壓器、發(fā)電機等產(chǎn)品本身鐵芯部分的導磁材料——硅鋼產(chǎn)生的損耗，俗稱“鐵損”。這些空載損耗不僅帶來巨大的經(jīng)濟損失，更加重了節(jié)能減排的壓力。
以電氣化鐵路這個用電大戶來說，牽引變壓器是其牽引供電系統(tǒng)最重要的電能傳送設備。由于牽引變壓器只在列車通過時短暫工作幾分鐘，平均一天中至少有一大半以上時間處于空載狀態(tài)，因此造成的空載能耗不容小覷。
西南交通大學電氣工程學院院長高仕斌介紹，目前廣泛使用的疊片式變壓器鐵芯由硅鋼板裁剪拼接而成，不可避免會產(chǎn)生氣隙，使兩片相接處磁路方向與硅鋼片的導磁方向不一致，造成一定空載損耗；而卷鐵芯牽引變壓器由硅鋼帶連續(xù)緊密卷繞而成，整個磁路中無氣隙，硅鋼帶的導磁方向和磁路方向完全一致，能夠減少磁阻，降低空載損耗。
“在同等容量情況下，卷鐵芯牽引變壓器可降低空載損耗40%以上。”常州太平洋電力設備公司牽引變研發(fā)項目組總設計師吳志強為記者算了這樣一筆賬，截至2013年底，我國電氣化鐵路總里程約為5.4萬公里。按每50公里一個牽引變電所，每個牽引變電所安裝4臺牽引變壓器計算，卷鐵芯牽引變壓器每年可節(jié)約電能7億千瓦時（度）。如果將其推廣到AT變壓器和動力變壓器上，每年可為鐵路系統(tǒng)節(jié)電10億度，以一度電0.8元計算，可節(jié)約電費支出約8億元。同時，節(jié)約10億度電還意味著減少32萬噸標準煤的消耗和83萬噸二氧化碳的排放。
此外，鐵芯結構的不同還影響著硅鋼的使用量。與疊鐵芯相比，一臺卷鐵芯牽引變壓器能夠節(jié)約硅鋼使用量10%~15%，相當于間接節(jié)省了硅鋼生產(chǎn)時所需耗能。同時卷鐵芯牽引變壓器還具有抗突發(fā)短路能力強、噪音低的綜合優(yōu)點。
“牽引”中國高鐵綠色前行
近年來，我國高鐵“走出去”的速度越來越快。研發(fā)項目組專家表示，220kV節(jié)能卷鐵芯牽引變壓器的誕生意味著中國高鐵經(jīng)濟成本和環(huán)境成本有望實現(xiàn)雙降，其出口競爭力可望進一步提升?！拔覀兡茏層脩糍I得起高鐵更用得起高鐵，在速度上去了的同時還能把碳排放降下來?！?span>
日前，中泰高鐵聯(lián)合研究中心籌備辦公室在曼谷成立，正式進入運行階段。據(jù)了解，中泰122億美元的高鐵項目計劃年底前啟動，由中方參與投資，并負責修建全長867公里的雙軌標準軌鐵路，火車運行時速可達160~180公里，連接廊開府、曼谷、羅勇府等重地。專家預計，若這段鐵路全部使用卷鐵芯牽引變壓器，一年可節(jié)省1120萬度電，有助于緩解泰國能源緊張形勢。
在泰國等東南亞市場之外，中國高鐵還陸續(xù)在俄羅斯、墨西哥、美國加州等海外市場取得了突破性進展。專家表示，卷鐵芯牽引變壓器作為高鐵產(chǎn)業(yè)鏈條上的一環(huán)，若能一同走出國門，將通過降低空載能耗大幅降低高鐵運營成本，這是其他國際競爭對手無法比擬的優(yōu)勢；而將降低的空載能耗換算成節(jié)煤指標，對任何一個用戶都具有很強的吸引力。這對于扭轉以高鐵為名片的中國制造業(yè)形象來說大有裨益。
專家同時表示，就變壓器產(chǎn)業(yè)本身來說，卷鐵芯牽引變壓器的研制成功對于提升中國變壓器產(chǎn)品水平，促進具有自主知識產(chǎn)權的電氣化設備出口具有積極意義。據(jù)了解，從技術發(fā)展和產(chǎn)品生命周期的規(guī)律分析，至少在5~8年內(nèi)，卷鐵芯牽引變壓器在鐵路市場中將處于領先行業(yè)對手一代技術的地位。
開創(chuàng)全新研發(fā)模式
作為第一個吃螃蟹的人，常州太平洋從研制220kV卷鐵芯牽引變壓器之初，就面臨著諸多困難。其中一大難題就是“工業(yè)母機”的制造。
目前，國內(nèi)疊片式變壓器大行其道，原因要追溯到三十年前改革開放時期，德國喬格公司抓準中國大規(guī)模更換變壓器的時機，向中國出口了上千條疊片式變壓器生產(chǎn)線。隨著喬格生產(chǎn)線的大批涌入，中國形成了較為固定的疊片式變壓器生產(chǎn)工藝，國內(nèi)近千家變壓器制造廠家均采用這種工藝。
相比之下，卷鐵式變壓器就弱勢很多。受制于特種加工設備缺乏、電磁場強模擬計算困難等諸多技術問題困擾，高電壓、大容量卷鐵芯變壓器制造領域長期沒有突破性進展。目前，國內(nèi)外廠家只有生產(chǎn)10kV級的卷鐵芯配電變壓器的能力，35kV級卷鐵芯變壓器的設計制造技術也僅僅掌握在少數(shù)廠家手里。
因此，“要制造大型卷鐵變壓器完全沒有成功經(jīng)驗可供借鑒，一切都是從零開始?！背Ｖ萏窖箅娏υO備公司創(chuàng)建人高國凱對記者說，其中首先要解決的就是制造卷鐵變壓器所需的大型折線開料機、卷繞機、閉環(huán)式立式繞線機等生產(chǎn)設備的研制。
高國凱介紹，剛開始變壓器鐵芯在卷繞過程中，遇到了嚴重的脹裂不均勻的問題。經(jīng)反復試驗發(fā)現(xiàn)，造成脹裂的一個重要原因是硅鋼片開料時在邊緣留下的毛刺。為此，技術人員絞盡腦汁修改開料機的設計，最終以兩個小小的滾輪解決了這個問題?！拔覀円恢痹诿髦斑M，不停地遇到問題、解決問題?！?span>
據(jù)了解，常州太平洋是目前國內(nèi)外惟一掌握了220kV級卷鐵芯變壓器的設計、制造技術和惟一具備獨立研發(fā)項目產(chǎn)品專用加工設備的單位。
成就的取得，離不開一個開放的態(tài)度。實際上，常州太平洋作為一個生產(chǎn)35千伏電器產(chǎn)品的民營企業(yè)，在研發(fā)生產(chǎn)大型卷鐵變壓器上并沒有過多優(yōu)勢，所幸他們沒有閉門造車，而是按照當前時興的“花錢買服務”的方式，請來了沈陽變壓器研究院的專家做技術把關人，又請來了常州西電變壓器有限責任公司的實驗人員和裝配車間為變壓器生產(chǎn)做支撐，可謂是開創(chuàng)了一種新的研發(fā)模式。