什么是绿色变压器
Definition of Green Transformer
绿色变压器是指在原材料获取、生产制造、包装运输、运行维护和回收处理等全生命周期的各阶段中，满足高效节能、科学节材、低碳环保、 安全可靠、可回收率高等基本要求的一类变压器，产品符合高效节能变压器（GB20052）的能效等级要求，在变压器全生命周期阶段能够对环境的负面影响降低到最小程度，符合国家低碳、循环经济的总体战略要求。
绿色变压器从全生命周期角度予以全面考虑，在原材料采购、产品设计制造、试验、包装运输、安装、使用、回收等环节， 均考虑产品的“绿色”特征，具有“生态设计”理念。具体来说，绿色变压器技术特点主要突出体现在四个方面，即高效节能、资源材料节约、 低碳环保、安全可靠。
目前我国绿色变压器主要类型有立体卷铁心变压器、敞开式干式变压器、非晶合金立体卷铁心敞开式变压器、非晶干式变压器、天然酯（植物绝缘油）油浸式变压器、硅橡胶绝缘干式变压器等。这些绿色变压器已经被广泛地应用于各行各业，凭借绿色变压器高效节能、资源材料节约、 低碳环保、安全可靠的四大属性，为用户提供了卓越的低碳环保的变压器选择。
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新能源行业与传统电力行业有比较明显的差异，这些差异决定了它对变压器提出了新的需求。
并网型大型光伏发电、高空风力发电、大容量电池储能电站的共同特点是其发出的电能都需要通过变流器——变压器组送入电网。变流器的作用是将发电设备（如光伏组件、风力发电机、电池）发出的电能用电力电子技术转换成规范频率和确定电压的交流电能，然后通过常规升压（或双工况）变压器变换成符合电网规范的交流电能，将发出的电功率送入电网。这里所用的变压器低压侧必须与变流器参数相匹配，高压侧与电网参数相匹配，而储能电站用变压器还必须适应双工况工作。当变压器与变流器配合时，必须关注几个特殊因素：变流器的电压调节范围、变流器侧电压的谐波含量和可能含有的直流分量。目前的变流器大都采用三电平为主的多电平逆变技术，其电压谐波含量不大于5%，直流分量可以忽略不计。需要注意的是变流器的电压调节范围普遍在 ±15%，超过普通配电变压器的正常设计范围，因此当变流器在极限状态下工作时容易引起变压器过励磁。
新能源变压器另外一个特点是工作环境差别较大，个性化程度较高。目前大部分陆上新能源都采用户外预装式（箱式）变电站，但箱外环境千差万别，箱内技术也有欧式、美式、华式和干变、油变之分。整个电站大都无人值守，很多电站地处荒野交通困难，因此对包括变压器在内的所有设备的可靠性要求和智能化要求会更高。
在一些特别应用场景会对变压器有特别的要求。举例来说，渔光互补、农光互补光伏发电，会考虑保证生态安全，并考虑变压器发生故障时可能发生的次生灾害（如漏油导致鱼池污染、农田污染等）。
对海上风电则考虑因素更多，变压器本身容量大、电压高，而特别是对可靠性要求非常高，因为离岸设备的紧急检修成本非常高，甚至高于设备本身的价值。必须考虑频繁的大范围负荷变动下变压器绝缘失效问题、海上平台震动引起结构疲劳失效问题、散热不良引起热点温度过高引起绝缘失效问题。其它考虑因素还包括塔筒或机舱的尺寸和承重、海上防腐要求、防燃防爆、冷却系统可靠性等；电气系统必须考虑特快速暂态过电压、低电压穿越、谐波等承受能力；环境影响方面必须考虑对海洋生态的保护。
在青藏高原、三江源头，发展新能源已成为热点，但突出的要点就是对生态的保护，以及适应高原高寒、甚至高盐霜（如青海湖边）的苛刻环境。
绿色变压器在新能源行业的应用
- Enterprise Development -
绿色变压器在储能电站应用
储能电站的接入变压器要求：a）需要考虑充电和放电双工况下运行，对变压器有特定的安全要求，需要防止过励磁；b）储能电站成本极高，储存的电量十分宝贵，需要充分考虑节能；c）储能电站靠近负荷中心，消防安全要求极高。据此要求，变压器设计磁密不能取高，应低于 1.5 特斯拉，防止变压器在放电工况下发生过励磁和空载损耗猛增；无论是充电还是放电， 变压器都会接近满负荷运行，因此变压器的负载损耗要低，最大限度节约宝贵的储蓄电能；故此应采用超新一级能效变压器。
储能变压器一般放置于室外集装箱内，内部环境温度可能较高，对变压器耐温等级要求较高。箱壁通常安装有风扇进行散热，箱内换气量较大，这样对变压器防尘、防湿要求高，应使用包封式或封闭式变压器。
储能电站对防火也有要求，对电气事故引发的火灾不能起助燃作用， 最大限度保护电站设备的安全。
绿色变压器为储能电站提供了绿色低碳解决方案。例如2023年8月10日，台泥集团宣布旗下广东英德厂的43.2MW/107.3MWh电力储能系统项目宣告建成并全面投入使用，这是目前中国水泥行业中规模最大的储能系统。台泥集团旗下具世界领先技术的意大利NHOA能源公司，负责储能系统的设计部署与系统调试。该项目使用的是海鸿公司立体卷铁心变压器。
采用海鸿公司立体卷铁心变压器的还有宝塘电网侧独立电池储能站、江苏林洋亿纬储能科技有限公司储能电站项目、西藏扎布耶源网荷储一体化综合能源供应项目、中创新航、平高集团储能科技2023年第十一批储能项目等。
另一个典型案例是外资企业百威英博（佛山）储能项目，该企业对变压器提出了非常严格的要求，如双低压绕组上下出线、双工况下节能、双工况下低噪音、双电池/逆变单元接入、谐波低损耗、耐直流偏置、消除谐振、免维护安全运行2年余。悉瑞绿色变压器提供的硅橡胶变压器满足的该企业的所有要求。
绿色变压器在海上风电项目的应用
2022年11月8日，由特变电工衡变公司自主研发的66kV/14MW海上风电风机用塔筒变压器一次性通过抗短路试验。该变压器首次采用天然酯植物油。经试验论证，天然酯植物油具有燃点高、可降解、可再生等性能优势，安全环保的同时可提高变压器过负荷能力，且价格远低于常规的合成酯油。它的成功研制打破了ABB等外资企业在该领域的技术垄断，实现了海上风电塔筒专用植物油变压器国产化。
美国节能经济委员会在对变压器进行能效性研究中得出结论：“ 目前采用改良绝缘材料的液浸式变压器的成本比干式变压器的成本更低，可获得更高的效率以及显著节省初始投资和运行成本。” 在海上风电项目上，要求采用体积小巧，能效高的植物油变压器的需求日显重要。
绿色变压器在核电站发电项目的应用
广东省深圳市大鹏新区拥有大亚湾核电站、岭澳核电站两座核电站共六台百万千瓦级压水堆核电机组，总装机容量约612万千瓦，年发电能力达450亿千瓦时。
该两个核电站先后采用海鸿电气立体卷铁心节能技术供电方案，投运至今情况良好。大亚湾核电基地持续27年安全稳定运行，持续为粤港两地注入了源源不断的清洁电力。
另外，广西防城港核电厂、汕尾陆丰核电站、台山核电站、中广核广东太平岭核电厂一期工程、阳江核电站中铁十二局临变工程、陕西核电站、湖北通山核电站都采用了海鸿公司立体卷铁心变压器供电方案。
核电站大量应用绿色变压器是对绿色变压器安全可靠性能的最高等级的背书。
绿色变压器在光伏发电项目的应用
功率在10MW以上的光伏电站为了并入电网，需要使用电力变压器，只不过作用由降压变为了升压。功率在10MW以上的光伏电站一般考虑液浸式变压器，而植物油变压器相比传统的矿物油变压器具有更多的优势。
相同条件下，天然酯（植物油）变压器相比于矿物油变压器的耐热等级更高，可将传统的105℃耐热等级绝缘系统可提高到120℃等级，足以应付短时间过载带来的更高温升。天然酯（植物油）变压器能够在过载情况下承受更高的温升，使用天然酯（植物油）植物油（天然酯）的变压器能够在更高的负载下运行，因此可以在相同峰值功率的光伏电站中，相比于矿物油变压器，可以购买容量更小的天然酯（植物油）变压器使用，从而节约成本。另外天然酯（植物油）还具备良好的环境友好特性，降解率接近100%，无环境负担，且无毒性，对动植物与人体无害。碳排放在整个生命周期仅为传统矿物油的1/64。此外，更重要的是植物油（天然酯）变压器具有优秀的防火性能。
2017年8月18日，两台35kV电压等级的1100kVA光伏逆变升压一体化装置按时交付辽宁铁岭大青水库70MW并网光伏发电项目使用。这2台一体化设备采用的是明阳电气旗下子公司瑞智电力研制的环保型、防火型的植物油变压器。这是行业中首次将植物油变压器应用于新能源发电项目上。
目前植物油变压器已经在各地光伏项目中应用，如中电建-青岛海上光伏项目、许继-德州市宁津县坑塘分布式光伏、中广核-宁德海上光伏、华能-花都光伏项目、中核-广西田林定安渔光互补项目等各类光伏发电项目中。
综上所述，绿色变压器很好地匹配了新能源发电对变压器提出的新的需求，得到了新能源发电项目业主的高度认可。
文| 变压器圈
2024年10月28日
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