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本文将介绍绿色变压器在我国超高建筑、变电站、轨道交通行业的应用及绿色变压器为行业带来的绿色低碳效益。
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。绿色变压器具备全面的变压器绿色应用特点。
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。
1、绿色变压器在超高建筑应用
目前我国超高建筑越来越多，对变压器提出了更高的要求。超高建筑的负荷特点：能效要求高（14型二级能效及以上水平）；重量轻、体积小（便于垂直运输）；噪音低，电磁辐射小；防火要求高。超高建筑还有一个特点就是要在楼层设置配电所，变压器重量大一直是困扰垂直运输中的一道难题。
将变压器运输上楼的传统方法如1）常规2吨电梯整体运输，缺点是容量有限，变压器容量只能是400kVA及以下，难以匹配大负荷设备；2）将变压器拆开，上楼后重新组装，缺点是拆装后变压器损耗、漏磁、噪音增大，现场安装存在运行风险；3）采用常规2吨货梯，单相变压器上楼后再连接成三相变压器，缺点是变压器损耗、漏磁、噪音增加，设备总重量增加，占地面积增大；4）采用大载重货梯，如3t/4t，可运输1000kVA及以下变压器，电梯占核心建筑面积增加，投资增加；5）电梯井运输，缺点施工周期长，影响建筑正常运营等问题。总之，传统变压器上楼方法都有明显缺陷。
广东海鸿变压器公司的敞开式立体卷铁芯干式变压器很好地解决了这个问题。该绿色变压器体积小，重量轻，占地面积小，噪音低、环保宁静，防火防爆、防潮防尘，安全可靠，空负载损耗低，空载电流低，高效节能。常规2吨电梯可以满足1250kVA变压器上楼。与传统变压器重量、体积比较见下表。
数据来源：海鸿公司
从上表可以看到，立体卷铁芯变压器重量降低38%，占地面积减少16%。从而有效地解决了超高层建筑变压器运输及重量重、面积大的难题。目前已经有许多超高建筑采用了上述绿色解决方案，如深圳金中环商务大厦、横琴法拉帝大厦、保利中辰大厦、缅甸时代广场、深圳湾1号、广州凯达尔枢纽国际广场、中山古镇利和广场、南宁利海亚洲国际、湖北黄石华夏国际购物城等。
例如中山古镇利和广场项目，该项目总投资超70亿元，楼层高达305米，古镇利和广场总建筑体量超160万平方米，是地标性世界级千亿灯饰产业综合体。项目采用20台一级能效立体卷铁心干式变压器，主要分布在11-13楼，产品节能性能突出，有效降低供电运行成本。此外，立体卷铁心还具有负载能力强、低噪音等优势，产品能长期在高负荷情况下安静运行。
2、绿色变压器在变电站的应用
2024年3月18日湖州供电公司建成了位于浙江安吉县的110千伏城北变电站暨“负碳”变电站。何为“负碳”变电站？以城北变电站为例，变电站全寿命周期预计产生19358.12吨二氧化碳当量，因采用绿色变压器、绿化碳汇、使用光伏发电等抵消的温室气体排放量可超过20000吨二氧化碳当量，从而达到“负碳”。
变压器是变电站主要的碳排放源，其碳排放量约占变电站运行阶段碳排放量的90%以上。为了减少变压器运行碳排放，城北变电站选用了植物油（天然酯）绝缘油变压器。相比传统矿物油，植物油（天然酯）可降解，对环境更友好，防火及绝缘性能更优。经测算，植物油变压器的全寿命周期二氧化碳排放总量比传统变压器降低约90%。
按照上面的数据计算，该植物（天然酯）绝缘油变压器全生命周期可减少18000吨碳排放。据专业人士介绍东部发达地区平均每个省5000座变电站，西部地区3000座变电站。变电站的等级分为：750KV，500KV,220KV,110KV,35KV和10KV五个等级，下面还有10KV变电所。按每省4000个变电站乘以30单位等于120,000个变电站，如果每个变电站减少18000吨碳排放，合计将减少2,160,000,000吨碳排放。
这个案例说明植物油变压器在变电站的应用将对我国低碳化做出重要贡献。
3、绿色变压器在轨道交通中的应用
轨道交通（也包括市政隧道）的负荷特点：
1）互为备用，空载损耗占比大。轨道交通对供电持续性要求非常高，一旦断电将产生不可估量的重大灾害。一台变压器出故障，另一台应能保证全部一、二级负荷的正常工作，这就造成高峰期变压器负载率50%左右，低谷期20-30%，轨道交通停运后甚至低于20%的低负载率运行情况，变压器空载损耗在整体用能中占比明显。
2）防火要求高，材料需阻燃无毒
隧道和轨道交通工程最怕火灾发生，因为隧道顶部是密封的，只有两侧通风口，轨道交通地下车站一般也只有3-4个口部与地面相连，接近封闭环境，一旦发生火灾，浓烟难以及时散发出去，对整个隧道或车站内的人员生命都会产生威胁，容易造成特大安全事故。要求变压器最好是本身不可燃，无有害气体产生。
3）设备需考虑防潮，局放漏电要求高
隧道和轨交工程地下空间在建设期间温度高湿度大，在运营期间若空调通风不理想也会温湿度超标。温度高空气中水分就会增多，从而造成湿度过高，这会降低电气设备的绝缘强度，由于内部有积尘吸附水分，潮湿程度将更严重，绝缘电阻将更低，设备的泄漏电流大大增加，甚至造成局部绝缘击穿，产生安全事故。
4）安装位置受限，小型化轻量化是方向
隧道和轨交工程土建的建设成本相较地上建筑上升明显，如轨道交通在城市内地下站，站本体每增加一米长度，造价上升80万元，市中心繁华路段可能超过100万元，机电设备的小型化有助于降低工程造价。同时，伴随着设备小型化，一般会带来重量减轻的同步效应，地下空间设备搬运难度大，小型化和轻量化将有助于降低实施难度，从而降低改造难度、缩短工期、控制改造经费。
5）空间局促，噪音振动辐射需控制
隧道和轨交工程设备用房和管理用房以及交通人流密集场所要做到不贴临难度较大，规范中对设备运行中可能产生的振动、噪音、辐射等骚扰源的控制需考虑相应治理措施，同时这类工程本身有大量移动车辆荷载和列车不断通过，其路面和轨面不平整的动力响应产生的振动对周边建筑及设备也提出了抗振动的要求，应能满足GB/T11287中规定的严酷等级为1级的振动响应试验。
绿色变压器具有的空载损耗低、噪音辐射低、不燃或阻燃并无或少害气体、防潮、局放低等特点，很好地匹配了轨道交通或隧道对变压器的要求。
以防火性能为例，硅橡胶变压器通过 F1 级燃烧试验，无有毒气体，无浓烟，内部短路不爆裂，消防安全性极高，能在各种苛刻环境（高湿、多尘等）正常运行；而敞开式立体卷铁心变压器可燃物含量相对于环氧树脂干式变压器下降约85%；另外，植物油（绝缘酯）变压器的闪点 >300℃，燃点＞350℃，2 倍于矿物油，非晶合金干式变压器无可燃性树脂并无毒。绿色变压器具有的高防火性能，能够满足轨道交通对防火安全的高要求。
目前重庆地铁主变压器应用了植物油（绝缘酯）变压器，非晶合金干式变压器被应用于南京南站、雄安高铁站、北京铁路南站（亚洲最大铁路站），硅橡胶干式变压器被应用在京沪高速公路某隧道工程，立体卷铁心干式变压器更是被广泛应用于广州地铁、北京地铁、广州轻轨工程、贵广铁路、靖神铁路、南广铁路、朔黄铁路、深茂铁路、深圳城市轨道交通工程等。
综上所述，绿色变压器为超高建筑、变电站、轨道交通变电提供了一个安全、环保、轻量化、高可靠性、低噪音、高节能性的解决方案。
变压器圈 2024年7月28日
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