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行业新闻

再论立体卷铁心变压器

立体卷铁心变压器是一种新结构的配电变压器,性能特点是什么?优势在哪里?市场情况怎样?下面将给出一定的分析。 还得从中国的配电变压器市场说起。

中国的配电变压器市场现正处于一个艰难的阶段。大小企业日子都不好过。问题很多,可以用怪相丛生来形容。比如质量观念差,为降低成本,选用次等材料;设计上把主绝缘距离取得低到没有安全裕度;变压器油添加抗压剂来缩小主绝缘距离而不考虑长期稳定性;变压器容量不足;使用二次片;以铝冒充铜;企业之间恶性低价竞争,导致产品质量恶性循环等等。导致这一切的主要原因是配电变压器的产量远大于需求量,而国家对配电变压器质量的监管存在制度性漏洞。没有一个“优胜劣汰”的竞争规则。没有一个行政职权的部门来规范行业秩序。产能过剩加无序竞争的结果只能是如此。价低者中标的招标方式也助长了这些怪相。

配电变压器的技术门槛很低,容易进入。再加上国家对配电变压器质量的监管存在制度性漏洞,进入者太多,导致供远大于求。比如配电变压器型号证书的取得就存在严重缺陷。送到国家有关机构去做型式试验的配电变压器和实际生产的配电变压器严重脱节,甚至是风马牛不相干的两回事。君不见许多变压器厂就是买其他厂的变压器去取得型号证书的吗!(有专门的黄牛党提供这种服务)。现在全国流行的长圆形铝线油浸式变压器如果拿去做短路试验,基本上是全军覆灭。可悲的是这样的变压器在全国大行其道。虽然国家每年对配电变压器都进行抽检,因为抽查的厂家少,抽查的变压器数量少,抽查的项目是一些常规项目,因而监管的作用甚微。

在供远大于求的形势下,小型的配电变压器企业可以暂时歇业,等有机会再卷土重来。有一定规模的配电变压器企业当然不能走歇业的路,要么苦苦支撑,要么寻求和大企业联合或者被收购,要么寻求他路。许多配电变压器企业都往特种变压器这条路上挤,因为大家看到生产特种变压器的企业日子要好过一些。比如许多配电变压器企业都正在试制变频变压器或者多脉波移相整流变压器。除了特种变压器这条路外,还有两条热门的路,一条是使用新材料的非晶合金变压器;另一条是应用新结构的立体卷铁心变压器。

非晶合金变压器空载损耗是很低,主要应用于负荷率低的地方,应用有限。这是非晶合金片的特性决定的。因为非晶合金片的磁通密度只能取1.0~1.35T,心柱的填充系数只能达到0.82~0.87左右,导致心柱面积大,导线用得多。为省铜材降成本,多设计为负载损耗偏大。负载损耗大的变压器用在负荷率高的地方很不经济。立体卷铁心变压器的发展是最近几年的事。在江西大族和广东海鸿之前也有许多厂家进行过试制,因为没有开发出相应的生产设备而没能大规模推广开来。真正把立体卷铁心变压器推广开来的,是位于广东江门的一个偏僻的县级市——开平市的一个厂家做到的,她就是广东海鸿变压器有限公司。

一种新结构的变压器的推广开来,除了技术、设备、工艺、工装等具备外,还需要顺应市场的需求。立体卷铁心变压器有许多亮点,突出的亮点是既节约了材料又提升了变压器性能,特别是做能效指标高的变压器更有优势,比如油变S13及以上的,干变SCB13及以上的。

按国家有关部门的规划,S11是最低能效标准(三级能效),目标能效标准是S13(二级能效),期望能效标准是S15(一级能效)。在南方电网,2012年采购S11变压器的比例会很小,大部分是采购S13的变压器。在国家电网,也会逐渐增加S13的采购量,减少S11的采购量。展望未来三至五年的变压器市场,S11能效的变压器将淘汰出市场。市场将以S13能效的变压器为主,以S15为辅。可见,立体卷铁心变压器顺应了市场的需求。市场的反映也应证了这一点。海鸿的立体卷铁心变压器在南方电网每年大约有五个亿的销量。广东的变压器厂基本都能生产立体卷铁心变压器。南京苏特电气生产的部分立体卷铁心变压器就是为广东的变压器厂贴牌。

为什么立体卷铁心变压器做能效指标高的变压器更显优势呢?能效指标高意味着要使用单位损耗小的优质硅钢片,比如单位损耗为0.95W/kg,0.90 W/kg,0.85 W/kg的硅钢片,甚至是0.80 W/kg的硅钢片。对叠铁心变压器来说,接缝带来的损耗,剪、切、冲等机加工带来的损耗,夹持力带来的损耗,等等,这样的损耗增加对单位损耗小的优质硅钢片是个很心痛的问题。单位损耗小的硅钢片还意味着硅钢片更薄,厚度一般为0.23。硅钢片薄一方面增加了叠的工作量,另一方面增加了叠的难度,更容易在生产中受到损伤,导致附加损耗增加。也就是说,叠铁心使用单位损耗小的优质硅钢片,其工艺系数反而大。这些因素都导致叠铁心不能充分发挥优质硅钢片的性能。对立体卷铁心变压器来说,没有高损耗区,在整个磁路上,磁通始终沿着扎制方向。硅钢片变薄还是一样的绕制。增加的所有附加损耗在退火后会完全消除(工艺系数在1.05~1.08之间)。所以卷铁心能充分发挥优质硅钢片的性能。随着能效指标越来越高,硅钢片单位损耗越来越小,硅钢片越来越薄,“卷”的方式是发展方向。

在未来的三至五年,主流的硅钢片将是厚度为0.23,单位损耗为0.95W/kg,0.90 W/kg,0.85 W/kg,0.80 W/kg的硅钢片。未来的十年呢?预计成为主流的硅钢片是厚度为0.18,单位损耗为0.75W/kg,0.70W/kg,0.65W/kg,0.60W/kg的硅钢片。到那时,立体卷铁心将大行其道,叠铁心的命运未可知也。另外,当硅钢片的单位损耗达到0.60W/kg时,空载损耗和非晶合金片的已经相差不多,非晶合金片已无什么优势可言,其价格高和负载损耗偏大的缺点更加凸显。有远见的企业应该未雨绸缪。

在这里,有必要谈谈硅钢片市场。谈谈硅钢片的未来发展状况。 2008年以前,国内能生产取向冷轧硅钢片的是武钢,主要是厚度为0.3,单位损耗为0.130 W/kg,0.120 W/kg,0.110W/kg 的硅钢片。价格在4万元/吨左右。高端的硅钢片只能从日本进口,价格也高。武钢和日本进口的硅钢片都采用经销商代理的方式销售。

2009年以后,宝钢在生产取向冷轧硅钢片的技术上取得了重大突破,能大批量生产取向冷轧硅钢片,并且是单位损耗为0.95 W/kg,0.90 W/kg,0.85 W/kg的。宝钢的销售方式是和大型变压器厂结成战略同盟,直接向变压器厂供货。这样把武钢的市场抢走了大部分。武钢被迫大幅度降价,最低时降到1.5万元/吨。日本的硅钢片也不得不大幅度降价。现在,在产需双双扩容的同时,我国硅钢片技术水平不断提升,特别是武钢、宝钢、太钢等企业生产的冷轧硅钢已经进入大型发电和大型变压器行业,产品内在质量达到世界先进水平、产品表面和尺寸公差可与国外同类产品相媲美。

现在的情况是:单位损耗为0.95 W/kg,0.90 W/kg,0.85 W/kg的硅钢片价格在2~2.4万元/吨之间。宝钢的0.80 W/kg的硅钢片,价格也只是在2.4万元/吨左右。2011年,宝钢的取向硅钢片产能是10万吨,2012年初宝钢的二期工程已经热试车,预计2012年的取向硅钢片产能是20多万吨。

在日本,已经有0.70 W/kg的硅钢片批量供应。但暂时不供应中国。韩国浦项制铁也已经有0.75 W/kg的硅钢片生产。按宝钢的研发能力,在不久的将来,也会有0.70 W/kg的硅钢片推向市场。

受市场利好消息的影响,一大批民营企业开始大胆涉足冷轧硅钢领域,先后在江苏、浙江、广东、四川等地建设冷轧硅钢生产线,据预测,根据目前的潜在产能,到2013年左右,随着武钢硅钢改造,宝钢30万吨取向硅钢二三期项目建设、鞍钢20万吨取向硅钢一期完善和二期项目建设,以及涟钢硅钢片合资项目的完成,届时我国冷轧硅钢产能将完全实现自给。

“十二五”期间,随着首钢、涟钢、本钢、攀钢等以及一批民营企业新上项目逐步进入市场,在市场需求放大、产能扩张甚至出现供大于求的背景下,硅钢片市场将更加活跃,价格也将出现频繁波动,届时产品质量稳定性、性价比、诚信度等要素将成为市场竞争的新标杆。

到那时,应该是变压器产业的又一个春天。

这里引入一个问题,使用单位损耗高的硅钢片还是使用单位损耗低的硅钢片?谁省钱?从长期趋势看,单位损耗高的硅钢片与单位损耗低的硅钢片的价格差会缩小。铜与硅钢片的价格比会长期维持在3:1以上。在此前提下,使用单位损耗低的硅钢片省钱。因为使用单位损耗低的硅钢片可使铁心柱的截面积减小,可以节省价格高的铜。变压器的体积也会小些,少用一点油和钢材。

未来三至五年的配电变压器市场会是怎样的呢?可以预计到的是,随着变压器能效指标的提高,硅钢片市场的丰富,二次片将没有了市场;有一部分中等规模的配电变压器企业会转产或者停产,大部分中等规模的企业会寻求新的出路,比如采用新材料,新结构,新技术,新工艺等技术含量高的方式来生产配电变压器。随着人工成本越来越高,配电变压器生产的机械化程度也会更多。小的配电变压器企业依赖的低人工成本和低技术含量的生产方式逐渐招淘汰。要生产能效指标高并且成本低质量好的变压器,需要进一步投入资金进行技术和设备的更新,它们不愿或不能进一步投入资金。所以小的配电变压器企业会消失掉大部分。大多数变压器厂都多条腿走路,具备生产各种特种变压器的能力,而不仅仅依赖配电变压器;而配电变压器的需求量在十年以内都是逐年增加的,供远大于求的状况会得到很大改善。市场会得到一定规范,变压器的质量和可靠性是优先考虑的问题,价格不再是决定性因素。总之,变压器行业的前景是光明的。但每个企业未来的发展,取决于今天的决策。

下面,就有关立体卷铁心变压器的问题着一些说明

1、 关于节材的问题

需要说明的是,对长圆形结构的叠铁心,节约的材料只在14%左右,但长圆形结构的叠铁心是牺牲了变压器的抗短路能力的。

有人把立体卷铁心等同于当年的平面卷铁心,其实二者有很大区别,主要有两点:

(1)、平面卷铁心节约的材料少,立体卷铁心节约的

材料多;

(2)、当容量超过630KVA时,平面卷铁心变压器的空载损耗反而超过叠铁心变压器的。所以,平面卷铁心只能做小容量的变压器。立体卷铁心是容量越大越有优势。

2、关于生产效率的问题

有人认为立体卷铁心变压器的线圈生产效率低。对油浸式变压器,实际上只要熟练了,和平面叠铁心的绕线相比差不了多少。对树脂浇注的变压器来说,立体卷铁心的装模和卸模很费事,生产效率是很低。所以,立体卷铁心的干式变压器用非封包式的更可行。另外,立体卷铁心变压器的生产周期要长一些,原因是线圈和铁心不能同时生产,需要等铁心制造好检验合格后才能绕线圈。

3、 关于退火的问题

铁心退火是要增加成本。但带来的好处也很明显,即导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。工艺系数仅为1.05左右。在生产安排上,只要每一炉放入规定量的铁心,平均摊到每吨铁心上的成本只是几百元。也有人认为铁心退火工艺要求较高,不好掌握。如果是人工操作,是不好掌握。但现在的真空退火设备都是电脑控制,操作容易并且可靠性高。

4、 关于立体卷铁心变压器的性能

抛开宣传的成分,立体卷铁心变压器有实际意义的性能提升有以下几点:

① 硅钢片连续卷制,铁心无接缝,大大减少了磁阻,空载电流减少到0.1~0.25%这样的低水平。提高了功率因数,降低了电网线损。 ② 卷铁心自身是一个无接缝的整体,噪音水平降低很多。在运行时的噪音水平可以降低到30~45dB,保护了环境。

③ 谐波小。这得益于Dyn11和立体卷铁心二者的组合,给谐波提供了双重回路。无论是来自低压侧还是高压侧的谐波,都能有偱环回路,不会向另一侧扩散。谐波电流减少80%。广东海鸿的试验也证明了这一点。

5、立体卷铁心结构带来的独特之处

① 铁心不是被夹紧而是用胶固化并绑扎。不用夹件紧固,避免了因铁心加紧力所带来的铁心性能恶化,损耗增加等。 但可靠性有待时间的考验。估计胶固化应该没有问题。主要是绑扎和楔紧方式应该有所改进。

② 维修性差,维修困难。

③ 正因为维修困难,所以每台立体卷铁心变压器的每道工序都必须检验而不象叠铁心那样是抽检。表面看是增加了工作量,但确保最终的成品都合格

④ 人工叠片和机械卷制铁心相比,肯定是机械卷制铁心生产效率 高。随着硅钢片越来越薄,人工叠片生产效率会更低。

⑤ 设计不能随原材料价格的变化而变动。因为设计一旦确定,绕 制线圈的齿轮盘的尺寸也确定了。今后的设计如果要变动,也

只能围绕已制成的齿轮盘的尺寸来变动。否则就要重新生产齿轮盘。

⑥ 需要的工装较多。比如齿轮盘,对同一种容量的变压器, 有 全铜,全铝,半铜半铝三种,齿轮盘也相应需要三种。

总之,立体卷铁心结构是一种既节约材料又提升了变压器性能的结构。增加的生产难度可以研制专用设备和工装给予解决。不像长圆形结构的铁心,虽然节约了材料,但变压器的抗短路能力下降了。随着变压器能效指标的进一步提高,硅钢片越来越薄,“叠”的方式越来越不容易,“卷”的方式是发展方向。


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