行业洞察 | 国际铜业协会：绿色变压器势在必行，多产品及其应用实践案例分享

随着全球对能源和环境可持续性的关注日益增加，电力行业正面临着前所未有的挑战与机遇。传统的能源消耗模式和电力设备，特别是变压器的环境影响，已经成为全球范围内关注的焦点。在这种背景下，节能变压器技术的进一步深化和创新催生了绿色变压器的概念。绿色变压器不仅仅关注节能，更从资源利用效率、适应性于多种应用场景以及对环境的综合影响等多维度进行考量，体现了对电力系统可持续发展的全面思考。

本周CWIEME邀请Knowledge Partner新成员——ICA国际铜业协会（👉点击查看协会介绍）就绿色变压器的定义、核心特性、技术创新以及其在多样化应用场景中的实践进行详细探讨，旨在为大家提供关于绿色变压器技术发展的综合视角，展示其在促进全球能源转型和实现环境可持续发展目标中的重要价值和潜力。

绿色变压器是在其全生命周期中——包括原材料获取、生产制造、包装运输、运行维护及回收处理等各个环节——能够显著减少对环境的负面影响，同时满足高效节能、科学节材、低碳环保、安全可靠等基本要求的变压器。这些变压器符合高效节能变压器（GB20052）的能效等级要求，旨在全生命周期内最大限度减轻对环境的负担，符合国家低碳、循环经济的战略要求。

👉 高效节能（能源节约特点）：

✧ 低空载损耗：通过采用高效材料和优化设计，降低固定损耗，实现经济运行目标。

✧ 低负载损耗：优化绕组设计和使用高性能材料，减少运行中的能耗。

✧ 其他损耗降低：通过技术创新减少风机、油泵等附加设备的能耗，进一步提高能效。

👉 资源材料节约（资源高效特点）：

✧ 减少主材消耗：利用电磁仿真等技术，优化绝缘结构和主部件布置，减少材料使用。

✧ 提高材料利用率：通过结构设计和生产过程优化，提高硅钢、导线等材料的利用率，实现资源节约。比如，采用铜导体，可以节省其他材料的使用，体积更小；

👉 低碳环保（低环境影响特点）：

✧ 环保型绝缘油：采用可生物降解、无毒的天然酯绝缘油，显著降低碳排放。

✧ 低噪声运行：采取措施降低空载和负载噪声，减少环境噪声污染。

✧ 无渗漏设计：确保密封性能，避免油品渗漏，减少环境污染风险。

✧ 采用环保材料：在固体绝缘和其他组件中，优先使用环保型材料，推动材料技术升级。比如干式变压器中的Nomex纸绝缘，硅橡胶绝缘等。

👉 安全可靠（产品技术性能优异）：

✧ 高可靠性设计：确保足够的短路承受能力和满足过载条件下的稳定运行，保障长期安全可靠性。

✧ 消防安全符合性：采用不燃或阻燃材料，确保无毒烟产生，防止爆炸等安全隐患。

绿色变压器技术的发展和创新，体现在多种产品上，其中包括立体卷铁心变压器、敞开式干式变压器、非晶合金立体卷铁心敞开式变压器、天然酯（植物绝缘油）油浸式变压器，以及硅橡胶绝缘干式变压器等。这些技术和产品以其独特的设计和材料优势，推动了变压器行业向更环保、高效、安全的方向发展。

立体卷铁心变压器是一种突破传统平面结构的变压器铁心设计，采用连续卷绕的方法制成，其心柱截面近似半圆形，通过两两拼接得到等边三角形立体结构。这种设计实现了三相平衡、强大的抗短路能力、均匀的温度场分布，以及低损耗和低噪声等显著优点。立体卷铁心变压器的空载损耗较传统设计降低30%，铁心重量减少约25%，同时具备优越的环保特性，符合国家对绿色、高效能源设备的推广要求。

目前，我国立体卷铁心变压器的生产技术已处于世界领先水平。国内企业已经实现将立体卷铁心技术应用到非晶合金变压器、110kV电压等级电力变压器项目。硅钢立体卷铁心系列产品覆盖至110kV及以下电压等级，80000kVA及以下容量。

随着国家“碳达峰、碳中和”等政策的深化，立体卷铁心变压器以安全可靠、绿色环保、高效节能、噪声低的特点，完全符合电网绿色转型发展需要，可以拉动上下游产业链升级。未来，立体卷铁心技术将向更高电压等级、更节能、更环保、更智能的方向发展。

敞开式干式变压器采用高级防潮和防火绝缘材料，如芳纶纸和特种绝缘漆，提供了超强的防潮性能和高防火安全性能。这种变压器技术适应于极端环境，能够有效降低局部放电水平，提高过载能力，并具有较高的绝缘耐热等级。其创新的绝缘结构不仅确保了变压器的长期稳定运行，而且显著提升了安全性和环保性。

目前，该产品技术广泛应用于电网、建筑、新能源、电动汽车充电站、数据中心、轨道交通、各行业工厂等领域。典型应用案例如港珠澳大桥、2022北京冬奥“冰立方”、深圳小汤山医院、广州地铁、白云机场、广东农信数据中心等。

随着电力行业高质量要求的提高、用户侧负荷需求的日益增加，以及数字供配电技术的逐步成熟，未来敞开式干式变压器技术将向更高电压等级、更大容量、更智能的方向发展。

结合非晶合金材料的优势与立体卷铁心技术，非晶合金立体卷铁心敞开式变压器在降低能耗、提升抗短路能力以及保证长期稳定性方面表现突出。2011年，非晶合金带材应用到立体卷铁心结构，突破了技术瓶颈，自2012年开始生产销售。非晶合金立体卷铁心变压器有效解决了传统非晶变压器在运行中出现噪音大、抗短路能力差、长期稳定性差等问题。由于非晶合金带材的性能优异、工艺简单，是我国乃至全球新材料发展的重要方向之一。从全球市场来看，我国是非晶带材消耗大国，占据了全球逾50%的市场份额，而国产非晶带材市场占有率达80%以上。

非晶合金立体卷铁心敞开式干式变压器系列产品盖至35kV及以下电压等级，3300kVA及以下容量，主要应用于轨道交通牵引整流供电系统。

随着国家“碳达峰、碳中和”等政策的深化，非晶合金立体卷铁心敞开式干式变压器以优越的低损耗等绿色性能特点，完全符合节能减排发展需要。未来，非晶合金立体卷铁心敞开式干式变压器技术将向更高电压等级、更大容量、更智能的方向发展。

天然酯油浸式变压器采用的植物绝缘油具有高环保性能，包括可生物降解、无毒、高安全性等特点。相比传统矿物油，天然酯油具有更高的燃点和闪点，大大提高了变压器的安全性能。此外，植物绝缘油在提高变压器过负荷能力、延长绝缘寿命方面也表现优异，有助于绿色电网的建设。

目前有超过300万台天然酯（植物绝缘油）变压器安全稳定地运行在全世界各地，主要分布在美洲、欧洲和亚洲的部分地区。在国内，天然酯（植物绝缘油）变压器已经在大部分省级电力公司挂网并且稳定运行。2020年，已经进入国网标准采购技术协议之中。目前，国网系统中挂网运行的最高电压等级变压器为110kV，南方电网已经投运220kV变压器，并且已经开展试行500kV天然酯（植物绝缘油）变压器项目。除电网系统以外，新能源和工业企业使用天然酯（植物绝缘油）变压器的用户数量也有明显增长。其中标志性项目为重庆地铁110kV变压器。

天然酯（植物绝缘油）生产企业、变压器生产企业、电网和工业用户都在天然酯和天然酯绝缘油变压器的应用上进行了相应的技术积累。随着市场的发展，相关应用研究领域明显增多，并且更加深入。到目前为止，天然酯（植物绝缘油）被证明已经可以安全地应用于500kV及以下的各类型变压器当中，其设计生产运行维护已经具备成熟的理论基础，电力行业已于2020年发布了《天然酯绝缘油电力变压器》系列团体标准T/CEC291.1-6。

硅橡胶绝缘干式变压器采用高性能硅橡胶作为绝缘材料，具有极佳的耐温、防潮、防火性能。硅橡胶材料的使用提高了变压器的安全性和环境适应能力，特别是在降低局放和噪声方面的优势明显。此技术的应用，使变压器更适合在苛刻环境下稳定运行，同时也方便了变压器的回收和再利用。

硅橡胶正常工作温度为-60℃至250℃，在此区间长期运行寿命不低于30年，强震动或温度剧烈变化时均不会发生开裂现象。硅橡胶具有憎水和憎水迁移特性，高湿、污染环境下不易形成水膜，有利于防止在高压下表面击穿。变压器用高性能硅橡胶不受紫外线影响，这个硅橡胶变压器的应用带来广阔的空间。

硅橡胶绝缘变压器基于优质的绝缘材料及可靠的绝缘技术，可以尽量减小空气绝缘距离，缩短磁路，达到减小空载损耗的目的。硅橡胶包封式干式变压器满足GB20052-2020新一级能效要求，并且已经开发出合理成本的超新一级能效电工钢带干式变压器，其空载损耗比新一级能效指标低15%，负载损耗低10%，并可根据用户负载特性设计合理的节能指标组合，以得到最佳性价比的干式变压器。

用户对绿色变压器的需求不仅限于其基本的电力转换功能，还包括对资源利用、能源效率、环境影响和产品安全性等方面的综合考量。具体而言，这些要求涵盖了：

👉 绿色环保可持续：从设计、制造到运营和回收的全周期管理，强调资源的节约和循环利用，减少包装材料的使用，并避免使用对环境有害的物质。

👉 高效节能：符合或超过《电力变压器能效限定值及能效等级》GB 20052-2020中规定的一级和二级能效标准，响应《变压器能效提升计划（2021-2023年）》，提升在网运行的高效节能变压器比例，确保新增变压器满足能效标准。

👉 安全可靠及环境健康：考虑到用电量的增长和电力负荷密度的提升，变压器的安全可靠性对于保障周边居民的生命财产安全至关重要，特别是在高密度居住区和敏感环境中的应用。

立体卷铁心干式变压器的应用，尤其是其小型化双层预装式变电站的设计，有效缓解了城市负荷密度高和土地资源紧张的问题。这种预装式变电站结构紧凑、运输安装便捷，运行灵活，且具备高安全性、简便的维护和出色的环保性能，满足了城市电网建设和改造的需求。其在缩小占地面积、降低土建投资成本方面表现突出，特别适合用于城市老旧居民区的增容扩建项目。另一典型应用实例是某住宅区改造项目，通过采用小型化双层预装式变电站，实现了显著的空间节省和投资成本降低。该项目通过减少占地面积和建设成本，有效解决了建设协调难度大的问题，同时提高了城市空间的利用效率。

绿色变压器的这些应用实例证明了其不仅能满足现代城市对电力设施的高效、安全和环保要求，还能在提高能源利用效率的同时，为解决城市发展中的土地资源紧张问题提供创新解决方案。未来，随着技术的进一步发展和应用范围的扩大，绿色变压器将在更多领域发挥其环保和节能的优势，推动电力行业和社会的可持续发展。

总体而言，在国家和国际层面对环境保护和能源效率的政策越发明确的今天，绿色变压器的发展是变压器行业面向未来的关键转型方向。通过不断的技术创新和市场应用，变压器行业不仅能够迎接新型电力系统的挑战，也能在全球能源转型和绿色发展的大背景下发挥更加重要的作用。未来，随着技术的进一步进步和应用的不断拓展，绿色变压器将在促进我国能源结构转型、实现可持续发展目标中发挥更大的作用。

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