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压器能效标准升级及选择

发布时间:2025-02-12 11:38:36 丨 文章来源:海湾电气火灾 | 作者:http://dq.gstxf.com/丨 浏览次数:66

国家强制标准GB 20052 - 2020《电力变压器能效限定值及能效等级》发布不到4年时间,又升级发布了2024版标准,足见国家对变压器节能的重视。目前,工业和信息化部办公厅、市场监管总局办公厅、国家能源局综合司三部门印发的工信厅联节〔2020〕69号《变压器能效提升计划(2021 - 2023年)》3年总体发展目标已完成,到2023年,符合GB 20052 - 2020《电力变压器能效限定值及能效等级》能效标准的电力变压器在网运行比例已超过10 %。尤其是GB 55015 - 2021《建筑节能与可再生能源利用通用规范》在2022年4月实施后,按第3.3.1条高于能效等级3级的要求,建筑新增、改造的电力变压器基本上都是满足1、2级能效的高能效节能变压器。


变压器能效标准升级


GB 20052 - 2024《电力变压器能效限定值及能效等级》已于2024年4月发布(2025年2月1日实施),国家高度重视配电变压器的节能降耗,自2006年首发后,能效等级标准每7年修编一次,大幅度提高能效等级限值。本次修订的GB 20052 - 2024版与2020版相比,间隔4年,算是一次小的修编,能效等级和能耗标准基本没有变化,主要是增加了风、光、储等新能源发电侧变压器的能效等级标准,将范围扩大到适用于“高阻抗变压器”,更改了阻抗值范围。

以下是GB 20052标准不同版本的能效对比(以干式变压器为例):

a. 2006版标准没有能效等级,只有限定值和节能评价值;也没有非晶合金变压器。其限定值较节能评价值空载和负载损耗分别高2.6 %和5.5 %,其节能评价值与2013版3级能效硅钢带变压器相当;与2013版1级能效相比,空载损耗高28 %,负载损耗高10 %。

b. 2013版增加了非晶合金变压器,规定的非晶合金变压器负载损耗高于硅钢带变压器5 %。对比2020版和2013版标准,变压器降耗中空载损耗降幅更大,负载损耗方面非晶合金已要求与硅钢相同,能效对比如表1、表2所示。


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c. 2024版与2020版相比,除个别容量的油浸式变压器之外,各级的能效指标基本没变。


GB 20052 - 2024版与2020版的主要区别


a. 适用范围的更新:增加新能源发电侧光伏用、风电用、储能用变压器。


2024版与2020版标准相比,重点增加了新能源发电侧光伏用、风电用、储能用三相6 kV、10 kV、35 kV、66 kV电压等级变压器的能效限定值及能效等级。


增加的这部分能效等级未区分硅钢带和非晶合金变压器,但从空载损耗限定值可看出,应该是硅钢带变压器,未将非晶合金变压器列入。正在编制的中国电器工业协会标准《光伏 / 风电发电用变压器能效等级》适用范围包括了非晶合金变压器。


b. 适用范围扩大到高阻抗变压器,更改了短路阻抗值,增加了高阻抗值。主要是针对输变电侧普遍使用的高阻抗变压器。同级别变压器阻抗提高,能耗指标没降,变压器制造成本更高。


c. 对于10 kV干式变压器:能效限值和等级没有变化,仅调整短路阻抗,630 ~ 2 500 kVA的短路阻抗由6 % 调整到6 % ~ 8 %;可选择8 % 的变压器。


d. 对于油浸式变压器:修改了10 kV容量2 500 kVA油浸式变压器的负载损耗限定值,损耗值增大,降低了要求(估计因成本增加过多而降低指标),1级和2级硅钢带变压器负载损耗提高了14 % 左右,1级和2级非晶合金负载损耗提高了5 %左右。


e. GB 20052 - 2024版和2020版1、2、3级能效的干式变压器能效指标没有变化。同能效等级的干式变压器,硅钢带变压器空载损耗标准较非晶合金变压器高60 %,负载损耗标准相同。自GB 20052 - 2013版加入非晶合金铁心的变压器以来,非晶合金变压器技术已更加成熟。


变压器型号及能耗代号


GB 20052已修订到2024版,而相关编号标准JB / T 3837 - 2016《变压器类产品型号编制方法》仍未修订。变压器的型号表述是按JB / T 3837 - 2016进行编制的,其形式如下(具体字母、数字代表含义见标准):


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变压器损耗水平代号我国从“7”开始,以前是设计序号,如S5是第5次统一设计。从7开始,成了性能代号,数字越大,损耗值(尤其空载损耗或称铁损)越小。


过渡期变压器型号问题


由于JB / T 3837 - 2016还没有新的修订版,目前仍沿用全国变压器标准化技术委员会2020年11月召开标委会会议拟定的试用期《电力变压器损耗水平代号确定办法》,确定生产和选择变压器能耗代号,按会议纪要的要求,试用期截止到JB / T 3837 - 2016修订版正式发布实施之日。


应该注意的是硅钢带干式变压器已无13编号,设计时不宜再选择13编号的干式变压器。


按纪要,除代号15有非晶合金油变和干变外,已分别按硅钢带、非晶合金铁心和油变、干变分别给出了不同的代号,16编号仍未启用,估计还是因为JB / T 3837 - 2016已将此编号分配给了非晶合金变压器。


变压器铁心材料和铁心型式的选择


>>>>   铁心材料的选择:硅钢带和非晶合金,建议关注非晶合金铁心


铁心材料的制造与技术发展紧密相关,直接推动了节能配电变压器的应用及推广。“十三五”期间,我国变压器铁心材料制造技术实现了快速发展,适用于高效变压器的铁心材料主要有高磁感取向硅钢和非晶合金。工作磁密下非晶合金铁心和硅钢铁芯单位损耗比较见图1,非晶合金铁心仍有下降空间。


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非晶合金又称为金属玻璃或液态金属,用于变压器铁心材料的非晶合金带材,是新型的高性能绿色金属材料,具有高磁导率、低损耗特点。非晶合金是全生命周期的节能材料,在制造、应用、回收等方面都具有绿色节能优势,成为大力发展的方向。非晶与取向硅钢单吨制造能耗对比见表3。


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>>>>   铁心结构的选择:铁心结构分为叠铁心、卷铁心,建议关注立体卷铁心变压器

a. 卷铁心由于是沿着取向硅钢片的最佳导磁方向卷绕而成,完全充分地发挥了取向硅钢片的优越性能,磁路畸变小,因此比叠片式铁心空载损耗及空载电流都要小(叠片式铁心因有叠片接缝,会有磁路畸变),所以从节能上来说,卷铁心具有优势;另外叠铁心用料较卷铁心消耗要大一些;但卷铁心制造工艺要求高,较叠铁心变压器难度大,可维修性较叠铁心弱。

b. 按铁心型式又分为平面叠铁心、平面卷铁心、立体卷铁心(如图2所示)。


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平面叠铁心是由纵剪生产线和横剪生产线将硅钢带加工成一定形状的硅钢片,再将硅钢片按一定方式叠成。叠铁心横截面呈阶梯型。

立体卷铁心的每个单框由开料机曲线剪切开料形成的若干根硅钢带薄片连续卷绕而成,卷绕后呈梯形状,每个单框横截面接近半圆形,整装拼合后的横截面为接近整圆的准多边形。

c. 叠铁心变压器和卷铁心变压器各有优势,叠铁心变压器仍占主流。

>>>>   硅钢带与非晶合金变压器,建议关注非晶合金变压器

a. 与硅钢变压器相比,非晶合金变压器节能性高,尤其是其空载损耗低(不到硅钢的40 %)的特点得以广泛应用。随着非晶合金材料产能的扩大和应用的普遍,且生产耗能低、易回收,符合国家产业政策和电网节能降耗的要求。


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