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一种新型220kV大容量分裂有载调压海上升压变压器

成果类型:: 发明专利,新技术

发布时间: 2025-05-26 10:28:45

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:成果发布人| 何永君 | 2025-05-26 10:28:46

本发明专利技术提出了一种可调节线圈高度的器身结构,其独到之处:一是技术经济性非常优越,外形紧凑化、重量轻量化;二是线圈结构进行创新,针对常规单器身轴向分裂变压器存在短路力较大问题,别具匠心将低压分为上、下2个独立线圈,使所有线圈均可以调节高度,控制短路力小于线圈耐受值,产品安全可靠。同时提出了一种针对海上平台的变压器布置方式,高低压电缆盒采用L型,有载开关设置在铁心旁柱,结构非常紧凑,极大节约了变压器的安装空间。本专利应用产品SFZ11-220000/220海上升压变压器,促进了我国变压器行业技术升级,实现了海上风电关键设备的国产化,打破了国外关键技术垄断,其关键技术已成功应用于多个海上风电项目,经济社会效益显著,在海上风电及其他海工领域具有广泛的应用和市场前景。

本专利技术具有安全可靠、防腐等级高、结构紧凑、体积小、重量轻,损耗低、效率高、主要原材料消耗少等一系列的优点。最主要的技术优势是使所有线圈的电抗高度偏差控制在5毫米以内,控制短路力小于线圈耐受值,不会造成因短路力过大引起的事故问题,安全性能有保障,对比同类技术克服了以下缺点:第一种单器身轴向分裂方案缺点主要是产品容量超过100MVA时抗短路能力不足,安全性能低。第二种单器身幅向分裂方案缺点主要是受电压限制和技术经济指标不佳,高压220kV电压等级不能应用此方案,且变压器重量大、损耗高。第三种双器身方案缺点主要是增加了变压器主要原材料的用量,技术方案不经济;还会增加变压器外形尺寸,不满足海上平台空间受限要求。2022年4月,本专利应用产品SFZ11-220000/220海上升压变压器通过了中国机械工业联合会组织的产品鉴定,综合性能指标达到同类产品国际先进水平。本专利技术是保变电气核心专利技术,已研制出多台220~500kV分裂有载调压变压器等产品,满足了国内外多个国家的重大电力设备需求,为企业带来数亿元销售收入,为公司带来了巨大经济效益的同时,有力支撑了公司经营的高质量发展。

本专利目前主要应用于清洁能源发电项目中的大容量分裂有载调压、沿海和海上等高防腐特殊变压器。本项目研制的首台变压器于2020年7月完成所有试验并投入运行,各项技术性能指标满足标准及技术协议要求。该项目是保变电气首次研发的海上升压站用升压变压器,也是保变电气生产的最大容量的轴向分裂变压器。保变电气应用本专利技术已经在数十台220-500kV产品上进行了研制,其中220kV变压器18台,330-500kV变压器32台,所有产品投运以来一直运行状态良好。我国海上风电场靠近用电负荷中心的东南沿海,输电成本低,发展前景广阔,海上风能技术开发量约2亿kW,本项目研究产品属于海上升压站典型设备,市场需求量大。海上风电用有载调压升压变压器的研制和成功运行,实现了在海上风电升压站领域的市场突破,相关技术成功应用到后续中电投大丰、中广核汕尾后湖等海上风电及核电等高防腐等级产品中,填补了保变电气在C4、C5及C5-M防腐等级变压器产品的技术空白。

“双碳”背景下,创新团队积极开展海上升压变压器关键技术攻关,承担国家科技支撑计划、国家重大技术装备研制、河北省科技攻关计划等重大科研课题,与高等院校、科研院所及知名企业联合攻关,解决了220kV大容量分裂有载调压海上升压变压器重量大、抗短路能力不足、损耗高等多项重点、难点问题,为中国电力装备制造业发展提供了技术支撑。创新团队取得的技术成果已经成功应用于国家重大工程产品,项目期间生产的220~500kV分裂有载调压变压器、新能源变压器等电力变压器,主要用于三峡长乐海上风电、汕尾后湖风电、孟加拉等,满足了国内外重大电力装备要求,为企业带来数亿元销售收入,具有显著的经济效益和社会效益。创新团队高度重视科研成果管理工作,累计拥有授权专利100余项,其中发明专利25项,本专利《一种新型220kV大容量分裂有载调压海上升压变压器》荣获首届河北省专利三等奖;创新团队17项科研成果通过国家及省级成果鉴定,其中2项达到国际领先水平、12项达到国际先进水平,主持和参与制定国家及行业标准4项。

研发投入本项目列入兵装集团公司2020年核心技术自主创新工程专项和保变电气2022年、2023年科研计划,开展了海洋极端环境高防腐等级、海上整体运输适航性能、大容量分裂绕组和平衡绕组外置器身结构设计、抗短路能力等关键技术研究,2023年4月首台产品研制成功,科研经费投入约2800万元。项目研究取得了丰富成果,但仍需开展深入的研究工作:围绕抗短路能力开展深入研究,目前涉及产品容量为255MVA,需开展更大容量、深远海产品研究,保变电气今后将对变压器及组部件模块化、轻型化、智能传感与监测等海上风电变压器关键技术加强研究,接下来的2-3年内,预计再投入2000万元。经济效益本项目立足自主创新,研发过程中进行了大量的基础研究和新技术探索,形成了系列高水平成果。创新技术在华能汕尾项目降压变、东莞宁州主变SFP-1000000/220、孟加拉项目主变和辅助变,大亚湾核电替换主变DFP-400000/500(400)等防腐等级C4、C5及C5-M产品中得到推广应用,成功实现产业化,近三年累计新增销售收入26897万元, 新增利润1138万元。社会效益 项目的实施技术研究及产品研制,完成了高可靠、大容量升压变压器关键技术研究及产品研制,开展了产品在海上环境防腐性能研究,填补了我公司在C5及CX防腐等级变压器产品的技术空白,获得系列授权技术专利,取得中国船级社资质认证,积累了此类变压器产品制造、运输、安装经验,突破了海上风电领域变压器产品的国外垄断,为海洋工程用变压器的国产化及推广应用奠定了基础。本项目研发的大容量分裂绕组及平衡绕组外置技术、整体运输适航技术、CX最高等级防腐级技术已经成功应用海洋工程、极端防腐环境等变压器产品,并取得显著市场竞争优势和应用前景,在海上风电、石油钻井平台、沿海核电、远海输电等海洋资源开发及利用领域应用广泛。生态环境效益项目为东部沿海海上风电场升压站变压器风电项目,每年可为广东省提供清洁能源约30亿千瓦时,可等效节省标煤约100万吨,减少二氧化碳排放量约235万吨,为绿色能源送出和清洁能源优化奠定坚实基础。

结合行业现状,海上升压变压器技术转化需以市场需求为导向,通过技术转让、联合研发、资金整合实现产业化突破。核心目标包括提升设备可靠性、降低成本、拓展应用场景,依托政策与产业链协同,加速国产技术全球化布局。聚焦沿海省份海上风电,满足海上平台严苛环境,减少生态影响,匹配“双碳”目标。专利应用于产品转化是将技术成果转化为市场价值的关键环节,其方式多样且需结合专利特性、市场需求及权利人资源进行选择。海上升压变压器技术转让多围绕核心专利、生产工艺及设计标准展开。技术入股也常见于企业与科研机构或产业链上下游的深度合作。海上升压变压器需适应极端海洋环境(如防腐、抗震),研发成本高。建议政府加大政策、资金扶持力度,推动技术标准国际化,探索绿色信贷、碳金融产品,降低企业融资成本。