張潮，郝明勇，李偉

（1.國網(wǎng)浙江嵊州市供電公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省電力公司舟山供電公司物資供應(yīng)中心，浙江 舟山 316000）

非晶合金變壓器節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益分析

張潮1，郝明勇1，李偉2

（1.國網(wǎng)浙江嵊州市供電公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省電力公司舟山供電公司物資供應(yīng)中心，浙江 舟山 316000）

本文首先概述變壓器的重要性與使用非晶合金變壓器的優(yōu)勢(shì)，然后著重介紹非晶合金配電變壓器的技術(shù)特性、非晶合金配電變壓器的節(jié)能測(cè)算以及節(jié)能效益分析，最后強(qiáng)調(diào)非晶合金變壓器在實(shí)際應(yīng)用中需要注意的問題。

非晶合金；變壓器；節(jié)能；效益

1 非晶合金變壓器技術(shù)特性

非晶合金材料是由鐵、鎳、鈷、鉻以及錳等稀有金屬元素為合金的主要配料，再添加少量的硼、碳、硅和磷等非金屬元素作為輔料，采用快速急冷凝固技術(shù)，使合金內(nèi)部元素來不及結(jié)晶。由于材料內(nèi)部不存在晶粒、晶界等妨礙導(dǎo)磁的障礙物，因而非晶合金材料的導(dǎo)磁率非常高,這樣其在應(yīng)用過程中的損耗就非常小。非晶合金材料是目前已知材料中導(dǎo)磁能力最強(qiáng)的材料，也是性能最優(yōu)良的導(dǎo)磁材料。由于非晶合金材料內(nèi)部無晶體結(jié)構(gòu)存在，從而其內(nèi)部原子排列雜亂無章、任意隨性，因此這種非晶合金材料又被研究人員稱為金屬玻璃。

將非晶合金材料與硅鋼片材料兩者的物理性能進(jìn)行比較，可得出非晶合金材料的厚度在遠(yuǎn)小于硅鋼的同時(shí)，其導(dǎo)磁率卻遠(yuǎn)大于硅鋼，并且非晶合金材料在矯頑力、鐵損和飽以及磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度等多方面優(yōu)于硅鋼。再將SH15非晶合金變壓器與S11型變壓器作比較，發(fā)現(xiàn)盡管定額容量不同能耗下降率也存在較大差異，但SH15非晶合金變壓器能耗較之S11型變壓器普遍下降了60%。由上文得知，非晶合金材料在導(dǎo)磁方面比其他材料具有明顯優(yōu)勢(shì)且不會(huì)污染環(huán)境，但其缺點(diǎn)是磁通飽和值較之其他材料略遜一籌，其生產(chǎn)費(fèi)用也略高于其他材料。

2 非晶合金變壓器的節(jié)能性能分析

2.1 節(jié)能綜合測(cè)算

當(dāng)下社會(huì)上的SH15型非晶合金變壓器卷鐵芯采用的是厚度只有普通硅鋼片1/10的非晶合金極薄材料，厚0.025mm、疊片系數(shù)為0.86、寬有142mm、170mm、213mm三種尺寸可選擇。變壓器卷鐵芯的橫截面一般斷面狀為矩形，其定額容量不同，內(nèi)部鐵芯數(shù)量和寬度也不盡相同。但無論怎樣變化，其主要目的都是為了能節(jié)能減排，降低噪音，增強(qiáng)抗短路能力。下面筆者簡要介紹兩種做法可以達(dá)到這一效果：

（1）線圈繞制。配電變壓器線圈的繞制可以達(dá)到均勻分布沖擊、良好散熱以及更好絕緣等有力作用，其纏繞時(shí)會(huì)采用多層同心矩形結(jié)構(gòu)，簡單分解來說：在中間層為了絕緣，長軸采用專用點(diǎn)膠紙、皺紋紙纏繞，短軸設(shè)置油道。這樣做不僅可以減小線圈體積，同時(shí)縮短了結(jié)構(gòu)相間的安全距離。但如果想要提高變壓器線圈的抗短路能力，則需要根據(jù)變壓器容量的不同而做不同的選擇。變壓器容量普遍選取160KVA為基線，當(dāng)變壓器容量小于基線時(shí)，選取銅導(dǎo)線纏繞；當(dāng)變壓器容量大于基線時(shí)，選取銅箔線纏繞。配電變壓器線圈的具體纏繞方式與線的選取如圖1所示。

圖1 變壓器線圈結(jié)構(gòu)

（2）鐵芯與線圈的配置。非晶合金變壓器的鐵芯不同于其他材料的鐵芯，其不是一次性連續(xù)繞制而成的，明顯可見外形有高低不平、長短不一的斷口，被裝入高低壓三相線圈后再用帶材將斷口補(bǔ)接。為了避免和減少漏磁，保證磁路的通暢，增強(qiáng)鐵芯的導(dǎo)磁性，減少能耗，在對(duì)斷口進(jìn)行補(bǔ)接時(shí)，帶材需由中間向外延伸，依次補(bǔ)接，緊密貼合、壓實(shí)。同時(shí)，在外部采用橡膠板墊作為封口材料，降低變壓器在運(yùn)行過程中因鐵芯伸縮而產(chǎn)生的振動(dòng)。

非晶合金鐵芯的磁力能耗高低與變壓器運(yùn)行時(shí)鐵芯所受的壓力成正比。因此，為了降低能耗，首要任務(wù)是減小鐵芯所受的壓力。在安置鐵芯時(shí)采用懸掛法，或是在非晶合金鐵芯表面涂能減少變壓器運(yùn)行而產(chǎn)生振動(dòng)的漆，以及在變壓器的器身之間填滿絕緣軟膠墊等等，都可以減小鐵芯所受壓力。在進(jìn)行變壓器鐵芯與線圈的裝配時(shí)，應(yīng)保證鐵芯與線圈同心；保證高低壓線圈兩端的平整度和壓實(shí)度相同；另外，要保證鐵芯下部與器件底部接縫處有2～3mm的距離，從而使鐵芯受力小，增加導(dǎo)磁，降低能耗，提高非晶合金配電變壓器的抗短路能力。采用上述方法對(duì)鐵芯與線圈進(jìn)行配置的變壓器性能指標(biāo)得到了極大的提高。本來與其他硅鋼材料相比，非晶合金材料能耗率就降低了60%以上，空載電流下降了80%之多。而配置改進(jìn)后的變壓器能耗又降低了17%左右，空載損耗甚至降低了60%。

2.2 節(jié)能效益分析

非晶合金配電變壓器的優(yōu)勢(shì)在于內(nèi)部無晶體結(jié)構(gòu)，應(yīng)用后的能耗非常低，優(yōu)于其他各種材料的變壓器。但是其變壓器自身容量不同會(huì)導(dǎo)致空載損耗不同，變壓器容量和空載損耗成正比。實(shí)驗(yàn)人員用一臺(tái)1000kVA的非晶合金變壓器運(yùn)行1年和1臺(tái)普通1000kVA硅鋼變壓器運(yùn)行一年相比，非晶合金變壓器節(jié)能效果相當(dāng)可觀，節(jié)能高達(dá)2000kW·h。如果我們將變壓器都改為非晶合金配電變壓器，每年可減少排放二氧化碳?xì)怏w12000000噸，減少排放二氧化硫氣體340000噸，減少排放氮?dú)?00000噸。由此可見，非晶合金配電變壓器的應(yīng)用是改善環(huán)境的重要影響因素之一。

3 使用中應(yīng)注意的問題

（1）避免長期過電壓運(yùn)行。過電壓運(yùn)行會(huì)造成空載損耗增加、噪聲水平增加、鐵心溫度升高、空載電流中高次諧波含量增加等等。因此，在安裝變壓器的同時(shí)應(yīng)先了解該區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行情況。

（2）訂購時(shí)提供運(yùn)行環(huán)境情況。對(duì)于我國偏遠(yuǎn)特殊的地區(qū)，如西藏地區(qū)、東北低溫地區(qū)、南方多雨地區(qū)等，廠家可根據(jù)環(huán)境因素對(duì)變壓器進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，保證其可靠運(yùn)行。

（3）容量及安裝地點(diǎn)選擇。在安裝非晶合金變壓器是需要綜合考慮變壓器負(fù)載率，避免頻繁更換造成不必要的浪費(fèi)。另外，由于非晶合金變壓器噪聲大，不宜安裝在小區(qū)內(nèi)。

（4）更換使用時(shí)的注意事項(xiàng)。非晶合金變壓器的聯(lián)接方式有Dyn11和Dyn0兩種，安裝時(shí)需要檢查兩個(gè)低壓電源之間是否存在相位差，避免并聯(lián)后造成環(huán)流等異樣情況。

4 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技水平的不斷提高，對(duì)電網(wǎng)規(guī)模也有更大的要求。舊式電網(wǎng)中的高耗能配電變壓器亟需被淘汰，節(jié)能環(huán)保的非晶合金配電變壓器亟待被應(yīng)用與推廣。

非晶合金配電變壓器具有低耗能、良好的經(jīng)濟(jì)效益等特點(diǎn)；同時(shí)在大型工程運(yùn)行作業(yè)時(shí)，非晶合金配電變壓器以容量大、負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)被首選。如果將非晶合金材料普遍用于電網(wǎng)中，1年可節(jié)約1/5人口的用電量，不僅可獲得經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是可減少發(fā)電過程中對(duì)環(huán)境的污染。隨著科學(xué)發(fā)展觀、節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展等觀念的推行，非晶合金配電變壓器將具有良好的發(fā)展前景。

[1]王金麗，盛萬興，向馳.非晶合金配電變壓器的應(yīng)用及其節(jié)能分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2008,32(18):26～29.

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