“我國輸配電的電能損耗占全國發(fā)電量的6.6%左右,其中配電變壓器損耗占到40%—50%。以2013年全國發(fā)電量5.32萬億千瓦時計算,全國配電變壓器電能損耗約1600億千瓦時,相當(dāng)于三峽電站2013年全年發(fā)電量(約1000億千瓦時)的1.6倍,電能損耗巨大。”
配電變壓器節(jié)能技術(shù)北京市重點實驗室(以下簡稱實驗室)主任劉海濤在介紹這個數(shù)據(jù)時,在場的“外行”們也都為之一震。而劉海濤所在的實驗室正是專注于配電系統(tǒng)節(jié)能及智能化技術(shù)的科研攻關(guān)。
該實驗室依托于中國電力科學(xué)研究院有限公司建設(shè),主要開展節(jié)能配電變壓器檢測技術(shù)、配電變壓器節(jié)能技術(shù)和智能配電臺區(qū)技術(shù)方面的研究,并致力于智能、高效、節(jié)能型配電設(shè)備的推廣應(yīng)用。
何為配電變壓器
“配電變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)定律,變換交流電壓和電流而傳輸交流電能的靜止電氣設(shè)備,主要用于35千伏及以下電壓等級的配電網(wǎng)絡(luò)。”劉海濤介紹,在我們的日常生活中,例如在工廠、學(xué)校、住宅等場所都能見到采用柱上安裝或露天箱式安裝方式的配電變壓器,它的主要功能是起到降壓作用,即把高電壓、小電流的交流電轉(zhuǎn)換成同等頻率的低電壓、大電流的電能,這樣電力用戶的電器和設(shè)備才可以正常使用。
實驗室致力于智能、高效、節(jié)能型配電設(shè)備的推廣應(yīng)用
電網(wǎng)作為發(fā)電廠和電力用戶之間的傳輸載體,為了更高效地將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能遠距離傳輸?shù)綇V大用戶,首先需要通過將電能轉(zhuǎn)化成更高電壓等級的電能。“因為傳輸功率恒定時,電壓等級越高,電能傳輸?shù)男试礁?這就是為什么目前我國大力發(fā)展特高壓電網(wǎng)的原因。”劉海濤說。
之后,電力用戶側(cè)需要通過一級一級的電力變壓器將電壓等級降下來,其中配電變壓器作為最后一級降壓環(huán)節(jié),較多采用柱上安裝或露天箱式安裝于用電負荷中心,將6—10千伏電壓降至380/220伏動力和照明用電電壓等級,供用戶使用。正因為配電變壓器數(shù)量繁多,靠近用電負荷,只有確保它安全經(jīng)濟穩(wěn)定運行,才能保障我們千家萬戶的用電安全和可靠性。
據(jù)統(tǒng)計,我國掛網(wǎng)運行的配電變壓器總臺數(shù)約1600萬臺,總?cè)萘考s48億千伏安。由于配電變壓器在運數(shù)量巨大,因此即使每臺配電變壓器的節(jié)能效率稍有提高,那么總體節(jié)能效果也將是相當(dāng)可觀的。
“過去配電變壓器的能源浪費十分嚴(yán)重,但是為了使人們能用上電,我們只能不間斷發(fā)電和供電,看著這些電能白白流失。”劉海濤坦言,必須攻克配電變壓器的節(jié)能難關(guān)。
突破關(guān)鍵技術(shù)
配電變壓器的節(jié)能技術(shù)一直是電力行業(yè)貫徹國家“節(jié)能減排”政策的重要舉措之一。近幾年,實驗室提出了節(jié)能型配電變壓器材料選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計和生產(chǎn)工藝的新方法,研制了有載調(diào)容調(diào)壓配電變壓器、高過載配電變壓器、自適應(yīng)負荷配電變壓器等新型節(jié)能配電變壓器,建立了節(jié)能配電變壓器綜合能效及關(guān)鍵性能評估體系,開發(fā)了節(jié)能配電變壓器全壽命周期內(nèi)運行可靠性與能耗自動評估系統(tǒng),突破基于低壓負荷在線自動換相的三相負荷不平衡治理、多諧波源引發(fā)的配電網(wǎng)諧波污染治理等關(guān)鍵技術(shù),并取得了系列科研成果。
實驗室教授級高級工程師王金麗介紹,實驗室率先攻克了有載調(diào)容調(diào)壓配電變壓器一體化開關(guān)優(yōu)化設(shè)計與可靠滅弧、自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制等關(guān)鍵技術(shù)難題,研發(fā)了有載調(diào)容調(diào)壓配電變壓器系列產(chǎn)品。
“配電變壓器有個特點就是,只要帶電運行,空載損耗就必然存在,而有載調(diào)容調(diào)壓配電變壓器的特點就是它可以根據(jù)實際用電負荷大小,自動調(diào)節(jié)變壓器的運行容量方式和電壓調(diào)整,從而降低變壓器的空載損耗。實踐證明,在年平均負載率較低、用電時段相對集中的區(qū)域使用,年空載損耗可下降50%—60%。”王金麗介紹,“這項創(chuàng)新技術(shù)還獲得了日內(nèi)瓦國際發(fā)明博覽會金獎及中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)一等獎。”
“另外,實驗室在國內(nèi)首次攻克了智能配電終端軟硬件統(tǒng)一支撐平臺關(guān)鍵技術(shù),研發(fā)了智能配變終端、電能質(zhì)量治理裝置、并網(wǎng)控制器等4類11種系列化設(shè)備,設(shè)備成本可以降低30%—50%。”實驗室高級工程師李二霞說。
科研成果喜人
實驗室成立之初,就設(shè)定了打造高效節(jié)能的智能配用電系統(tǒng)的目標(biāo),始終以服務(wù)首都配電網(wǎng)節(jié)能降損、促進相關(guān)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展為導(dǎo)向,圍繞配電變壓器檢測、配電變壓器節(jié)能、智能配電臺區(qū)三大技術(shù)方向,開展科研攻關(guān)、支撐服務(wù)、標(biāo)準(zhǔn)制定、試驗檢測等四類業(yè)務(wù)。
每一項成果都離不開科研人員的辛勤付出
“實驗室成立以來,獲國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎1項,省部級一等獎2項,省部級二等獎1項、三等獎3項,獲行業(yè)協(xié)會獎勵24項。授權(quán)發(fā)明專利51項,受理發(fā)明專利188項,登記軟件著作權(quán)14項,發(fā)表論文114篇,制/修訂國家標(biāo)準(zhǔn)6項、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)16項。”劉海濤自豪地說。
而每一項成果的取得,都離不開全體科研人員的辛勤付出。劉海濤說,印象最深刻的是團隊中有年過半百或年近花甲的老專家、有高齡孕婦,在技術(shù)研究的攻堅階段,壓力之大不言而喻,他們在關(guān)鍵時刻發(fā)揮“五加二”、“白加黑”的工作作風(fēng),放棄了陪伴家人的休息時間,加班加點,毫無怨言,攻克了系統(tǒng)研發(fā)過程中一個個關(guān)鍵難點,出色地完成了設(shè)備入網(wǎng)前各項試驗檢測任務(wù)。
人才隊伍建設(shè)對于確保實驗室處于領(lǐng)域龍頭地位、提升自主創(chuàng)新能力具有十分關(guān)鍵的作用。自成立以來,實驗室在人才培養(yǎng)方面通過實施一系列創(chuàng)新舉措,打造出三支素質(zhì)高、業(yè)務(wù)精、凝聚力強的科研攻關(guān)團隊。近三年,實驗室新增國務(wù)院津貼專家1人,國家電網(wǎng)有限公司科技領(lǐng)軍人才1人、專業(yè)領(lǐng)軍與優(yōu)秀專家人才4人,職稱晉升28人,培養(yǎng)碩博士畢業(yè)生6人,副高級以上職稱數(shù)量占總?cè)藬?shù)的42.8%,科技項目負責(zé)人中年齡40歲以下的占比超過70%以上。
在發(fā)展過程中,實驗室聚集了一批高層次、高水平的技術(shù)精英,在制度建設(shè)與運行管理、與其他科研機構(gòu)、企業(yè)和高校院所的資源共享與開放交流方面,彰顯了實驗室科研創(chuàng)新能力、核心競爭力和社會影響力。
