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变压器种类

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这一时期我国的干式变压器行业无论从产量上、

发布时间:2019-03-11

  干式变压器因其固有优势特点近年来广泛应用于各个领域,相关配套技术也得以快速发展,文章从中国专利的角度。

  以干式变压器为基本领域,结合国际专利分类,选取相关主题词进行检索,从专利申请趋势、技术领域及专利权人等角度进行分析。

  自1831 年法拉第制出了世界上最早的第一台发电机后,1866年德国人西门子(Siemens)制成了世界上第一台工业用发电机后,人类进入了应用电能的新纪元。

  150年来随着世界经济的发展,用电器在人们生活中的不断普及,人类对于电能的需求和消耗在不断增强,发电技术的发展也是日新月异。

  电力系统的供配电工艺也随之水涨船高,而变压器作为供配电中的一个重要环节,在全世界范围内取得了迅猛的发展。

  近20年来,在配电变压器中,干式变压器所占的比例愈来愈大。据统计,在欧美等发达国家中,干式变压器目前已占到40%~50%份额,在我国有统计表明在大、中城市中平均约占15%~20%。

  而在北京、上海、广州、深圳等城市,约占到50%左右,但由于在我国农村配电网中干式变压器的应用相对较少,因此,整体上,干式变压器占变压器应用的10%~15%之间[1]。

  从产量上来看,我国自1989年第二次城网改造会议之后,干式变压器的产量有了显著的增长,从20 世纪90 年代起。

  每年大致以20%左右的速度递增,1999年的总产量已逼近1万MVA(该值已大大超过了10年前预测4500MVA),到2004年,我国干式变压器的总产量已达32000MVA,随着我国城市化进程的不断加速,这个增长需求还在不断增加。这样的增长速度。

  在全世界来看也是罕见的,《2013-2017年中国干式变压器行业市场需求预测与投资战略规划分析报告》显示,我国至今已成为世界上干变产销量最大的国家。

  区别于油浸式变压器采用油作为冷却介质,干式变压器依靠空气对流进行冷却,相较之下具有更加优秀的耐热性能、阻燃性能、免维护性能,抗短路性能,近年来广泛用于局部照明、高层建筑、机场、码头CNC机械设备等场所,并且相关的配套技术也得到了快速发展。

  本文从中国专利的角度,辅以文献技术检索,以干式变压器作为基本领域,结合国际专利分类号(IPC),选取相关主题词检索词进行联合检索。

  为了检索范围的有效性,并未直接限定干式变压器,而是扩大其下位概念及其应用范围,并人工晒出不相关领域的专利,最终命中3240 条专利。

  以该专利为分析样本,围绕专利申请量、申请领域、专利申请人以及近10年来的总体状况展开分析。

  早在20 世纪中后期各国就已经开始广泛使用干式变压器,而我国也在20世纪八九十年代就开始引进干式变压器。

  我国干式变压器的生产和发展至今也有40多年的历史,经历了自行研制开发及引进国外先进技术的阶段,而其中发展较快的是20世纪90年代的引进国外先进技术的阶段。

  在该阶段我国通过引进国外的干式变压器技术和设备同时在其基础上加以消化吸收,并对其进行改进提高,这一时期我国的干式变压器行业无论从产量上、品种上以及产品的性能上都得到很大的发展,同时也催生了一批与干式变压器技术相关的优秀专利。

  现在我国的变压器生产已经能够达到国际标准,同时我国的干式变压器生产企业在不断地进行产品研发的同时开始注重保护自己的知识产权。

  本文以所检范围内的专利为样本,考察近20年来针对干式变压器相关技术的专利申请量变化趋势,绘制统计图如图1所示。

  从图1中可以看出,国内专利申请人对干式变压器相关技术和应用开展了较多的研究,在20世纪90年代,干式变压器的相关专利量非常少,而在2003-2011 年期间呈现快速上升趋势。

  标志着该项技术以及整个产业的快速发展,而2011年至今专利量保持了相对的平衡,并无较大的波动,标志着相关应用的研究均已步入市场化成熟应用的阶段,从专利角度看,近几年并无重大的技术突破。

  随着干式变压器应用地不断加强,其总产量也在不断增加,从20世纪90年代起,每年大致以20%左右的速度递增,故在此过程中具有一定经济规模的企业也在不断增加。

  1995年我国产量达到50万千伏安以上的企业只有2个,1997年增加到4个,1999年增加到10个,而2002年,年产量达到50万千伏安以上的企业达到16个,其中:

  年产量100万千伏安以上的企业8 个,年产量50 万~100 万千伏安的企业8个。这些企业同时拥有着世界范围内的干式变压器的核心以及关键技术[1]。

  表1中列举拥有干式变压器核心以及关键技术的各个企业,其中STATE GRID CORPORATION OFCHINA(国家电网公司)拥有相关专利87件,其成立于2002年12月29日。

  是经过国务院同意进行国家授权投资的机构和国家控股公司的试点单位,其经营区域覆盖全国26个省(自治区、直辖市),覆盖国土面积的88%,供电人口超过11亿人。CHINESE ELECTRI⁃CAL EQUIPMENTGROUP CO., LTD.(中国电气设备集团有限公司)拥有相关专利56件,BAODING TIAN⁃WEI GROUP CO., LTD.(保定天威集团有限公司)拥有相关专利44件。

  其他拥有较多相关专利的企业包括:镇江天力变压器有限公司,广东海鸿变压器有限公司,天津市特变电工变压器有限公司,江苏瑞恩电气有限公司,江苏中容科技有限公司等等,具体情况如表1所示。

  各单位的申请量并没有拉开太大差距,说明各自拥有自主研发技术,并未形成市场垄断,属于较为健康的状态[2]。

  我国在20 世纪50 年代末至20 世纪60年代初,推出了第一台B级绝缘空气自冷干式变压器。从那时至今半个世纪过去了,中国的干式变压器的生产技术经历了2 个发展阶段:

  第一阶段为自行研制开发阶段(20世纪60-80年代),该阶段初中国研制出防火性能较好的B级绝缘空气自冷千式变压器(型号为SG)。

  后期上海变压器厂率先推出了采用铝导体的B 级绝缘、用石英砂做填料的环氧树脂浇注干式变压器(型号为SCL),此后,北京变压器厂也于20 世纪80 年代中期引进日本富士技术生产了铝导体环氧树脂浇注干式变压器(型号为SCL)。

  铝导体环氧树脂浇注干式变压器在20世纪80年代成为中国干式变压器的主流产品。第二阶段为引进国外先进技术的阶段。

  20世纪80年代后期,德国推出了采用玻璃纤维增强的薄绝缘环氧树脂浇注干式变压器技术,其性能得到了全世界的广泛认可,我国在20世纪末、21世纪初。

  以引进H级绝缘的空气自冷干式变压器技术为主,目前引进技术的产品已占干式变压器总产量的90%以上[3],但我国企业在引入的基础上同时又加以消化吸收,并对其关键技术进行改进提高,在此期间催生了较多相关专利。

  为了进一步明确干式变压器相关的研发和应用领域范围,故对其相关的专利进行了技术领域分析,并排出了占比前10位的细分领域,依据国际专利分类标准对其进行了分类(见表2、图2)(注:为简洁起见,IPC索引重新进行了组织表述)。

  将这些关于干式变压器的专利技术与时间维度相结合分析,可得出干式变压器在未来的技术发展方向,主要包括:

  (1)、节能环保的研究。主要采用低损耗硅钢片,阶梯步迭铁心接缝,箔式绕组结构,通过对噪声的深入研究,计算机优化设计等来达到环境保护要求。

  (2)、可靠性的提高。变压器的运行可靠性在运行过程中有着非常重要的作用,较多的研究单位通过电磁场理论及其计算、热点温升、浇注工艺、波过程、质保体系、可靠性工程等方面的研究,对干式变压器的可靠性进行认证。

  (3)、容量的提高。配电变压器容量通常在2500kVA以下,但随着城市用电负荷不断增加,35kV大容量的区域供电干式电力变压器将获得广泛应用,有报道显示顺特已经生产了近10 台35kV,16000/24000kVA 超大容量的干式变压器。

  (4)、功能的多样性组合及智能化设计。随着技术的不断成熟,只具变电功能的干式变压器逐渐被淘汰,随之多功能组合式变压器进入了人们的视线。

  其带有保护外壳、强迫风冷、功率计量、计算机接口等功能,并可引入TTU 智能化接口,具有数据处理、状态控制、北京赛车PK10手机下注状态显示等功能。

  (5)、向着多领域交叉发展。从以配电变压器为主,向发电厂励磁变、轨道交通牵引整流变、大电流电炉变、厂用变、船用、核电站、采油平台用等特种变压器及多用途多领域发展。

  (6)、新材料的加入催生了干式变压器的新品种,但目前在我国,环氧树脂真空浇注干式变压器占据着主导市场。

  从专利角度的分析与国内干式变压器相关技术的趋势基本类似,在20 世纪90 年代,干式变压器的相关专利量非常少。

  而在2003-2011 年期间呈现快速上升趋势,标志着该项技术以及整个产业的快速发展,但目前已步入市场化成熟应用的阶段,从专利角度看,近几年并无重大的技术突破。

  从专利申请人的角度看,各单位的申请量并没有拉开太大差距,并未形成市场垄断,属于较为健康的状态。

  从技术构成来看,主要专利围绕变压器线圈、材料、安装及固定方式等方面,可对此进行进一步的研究以明晰核心专利所处的技术分类。

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