“我国输配电的电能损耗占全国发电量的6.6%左右,其中配电变压器损耗占到40%—50%。以2013年全国发电量5.32万亿千瓦时计算,全国配电变压器电能损耗约1600亿千瓦时,相当于三峡电站2013年全年发电量(约1000亿千瓦时)的1.6倍,电能损耗巨大。”
配电变压器节能技术北京市重点实验室(以下简称实验室)主任刘海涛在介绍这个数据时,在场的“外行”们也都为之一震。而刘海涛所在的实验室正是专注于配电系统节能及智能化技术的科研攻关。
该实验室依托于中国电力科学研究院有限公司建设,主要开展节能配电变压器检测技术、配电变压器节能技术和智能配电台区技术方面的研究,并致力于智能、高效、节能型配电设备的推广应用。
何为配电变压器
“配电变压器是根据电磁感应定律,变换交流电压和电流而传输交流电能的静止电气设备,主要用于35千伏及以下电压等级的配电网络。”刘海涛介绍,在我们的日常生活中,例如在工厂、学校、住宅等场所都能见到采用柱上安装或露天箱式安装方式的配电变压器,它的主要功能是起到降压作用,即把高电压、小电流的交流电转换成同等频率的低电压、大电流的电能,这样电力用户的电器和设备才可以正常使用。
实验室致力于智能、高效、节能型配电设备的推广应用
电网作为发电厂和电力用户之间的传输载体,为了更高效地将发电厂生产的电能远距离传输到广大用户,首先需要通过将电能转化成更高电压等级的电能。“因为传输功率恒定时,电压等级越高,电能传输的效率越高,这就是为什么目前我国大力发展特高压电网的原因。”刘海涛说。
之后,电力用户侧需要通过一级一级的电力变压器将电压等级降下来,其中配电变压器作为最后一级降压环节,较多采用柱上安装或露天箱式安装于用电负荷中心,将6—10千伏电压降至380/220伏动力和照明用电电压等级,供用户使用。正因为配电变压器数量繁多,靠近用电负荷,只有确保它安全经济稳定运行,才能保障我们千家万户的用电安全和可靠性。
据统计,我国挂网运行的配电变压器总台数约1600万台,总容量约48亿千伏安。由于配电变压器在运数量巨大,因此即使每台配电变压器的节能效率稍有提高,那么总体节能效果也将是相当可观的。
“过去配电变压器的能源浪费十分严重,但是为了使人们能用上电,我们只能不间断发电和供电,看着这些电能白白流失。”刘海涛坦言,必须攻克配电变压器的节能难关。
突破关键技术
配电变压器的节能技术一直是电力行业贯彻国家“节能减排”政策的重要举措之一。近几年,实验室提出了节能型配电变压器材料选型、结构设计和生产工艺的新方法,研制了有载调容调压配电变压器、高过载配电变压器、自适应负荷配电变压器等新型节能配电变压器,建立了节能配电变压器综合能效及关键性能评估体系,开发了节能配电变压器全寿命周期内运行可靠性与能耗自动评估系统,突破基于低压负荷在线自动换相的三相负荷不平衡治理、多谐波源引发的配电网谐波污染治理等关键技术,并取得了系列科研成果。
实验室教授级高级工程师王金丽介绍,实验室率先攻克了有载调容调压配电变压器一体化开关优化设计与可靠灭弧、自适应协调控制等关键技术难题,研发了有载调容调压配电变压器系列产品。
“配电变压器有个特点就是,只要带电运行,空载损耗就必然存在,而有载调容调压配电变压器的特点就是它可以根据实际用电负荷大小,自动调节变压器的运行容量方式和电压调整,从而降低变压器的空载损耗。实践证明,在年平均负载率较低、用电时段相对集中的区域使用,年空载损耗可下降50%—60%。”王金丽介绍,“这项创新技术还获得了日内瓦国际发明博览会金奖及中国机械工业科学技术一等奖。”
“另外,实验室在国内首次攻克了智能配电终端软硬件统一支撑平台关键技术,研发了智能配变终端、电能质量治理装置、并网控制器等4类11种系列化设备,设备成本可以降低30%—50%。”实验室高级工程师李二霞说。
科研成果喜人
实验室成立之初,就设定了打造高效节能的智能配用电系统的目标,始终以服务首都配电网节能降损、促进相关产业健康发展为导向,围绕配电变压器检测、配电变压器节能、智能配电台区三大技术方向,开展科研攻关、支撑服务、标准制定、试验检测等四类业务。
每一项成果都离不开科研人员的辛勤付出
“实验室成立以来,获国家科学技术进步奖二等奖1项,省部级一等奖2项,省部级二等奖1项、三等奖3项,获行业协会奖励24项。授权发明专利51项,受理发明专利188项,登记软件著作权14项,发表论文114篇,制/修订国家标准6项、行业标准16项。”刘海涛自豪地说。
而每一项成果的取得,都离不开全体科研人员的辛勤付出。刘海涛说,印象最深刻的是团队中有年过半百或年近花甲的老专家、有高龄孕妇,在技术研究的攻坚阶段,压力之大不言而喻,他们在关键时刻发挥“五加二”、“白加黑”的工作作风,放弃了陪伴家人的休息时间,加班加点,毫无怨言,攻克了系统研发过程中一个个关键难点,出色地完成了设备入网前各项试验检测任务。
人才队伍建设对于确保实验室处于领域龙头地位、提升自主创新能力具有十分关键的作用。自成立以来,实验室在人才培养方面通过实施一系列创新举措,打造出三支素质高、业务精、凝聚力强的科研攻关团队。近三年,实验室新增国务院津贴专家1人,国家电网有限公司科技领军人才1人、专业领军与优秀专家人才4人,职称晋升28人,培养硕博士毕业生6人,副高级以上职称数量占总人数的42.8%,科技项目负责人中年龄40岁以下的占比超过70%以上。
在发展过程中,实验室聚集了一批高层次、高水平的技术精英,在制度建设与运行管理、与其他科研机构、企业和高校院所的资源共享与开放交流方面,彰显了实验室科研创新能力、核心竞争力和社会影响力。
