史麗敏，高向前

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

淺議非晶合金變壓器

史麗敏，高向前

(四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 崇州，611231)

電力變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，降低變壓器的損耗，提高供、配電系統(tǒng)效率，是長期探討的問題。使用新型節(jié)能材料非晶合金磁性材料，能大大降低鐵芯損耗，提高效率。本文依據(jù)多年來非晶合金變壓器的研究成果，結(jié)合我國變壓器市場情況進行了研究分析。

非晶態(tài)合金 變壓器 鐵芯 空載損耗

電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備變壓器，運行中產(chǎn)生的損耗較大，主要在于鐵芯中的磁滯損耗和渦流損耗。如何才能減少鐵芯損耗，提高供、配電系統(tǒng)效率，是目前大家一直探討的問題。降低損耗、提高效率有很多方法，但是主要靠材料的更新，鐵芯結(jié)構(gòu)、絕緣結(jié)構(gòu)、線圈結(jié)構(gòu)的改變。使用新型節(jié)能材料——非晶合金磁性材料，能大大降低鐵芯損耗，提高效率。本文依據(jù)多年來非晶合金變壓器的研究成果，結(jié)合我國的變壓器市場情況分析如下。

1 非晶合金變壓器概述

1.1 非晶合金

我們常見的金屬一般都是晶態(tài)材料，其內(nèi)部原子排列井然有序。而非晶態(tài)材料則是內(nèi)部原子排列處于無規(guī)則狀態(tài)。金屬在熔化后原子處于活躍狀態(tài)，如果冷卻很快，其原子還來不及排列就被凝固，就產(chǎn)生了非晶態(tài)合金。由于超急冷凝固，合金凝固時原子來不及進行有序排列結(jié)晶，得到的固態(tài)合金是長程無序結(jié)構(gòu)沒有晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，稱之為非晶合金，被稱為是冶金材料學(xué)的一項革命。這種非晶合金具有許多獨特的性能，如優(yōu)異的磁性、耐蝕性、耐磨性，高的強度、硬度和韌性，高的電阻率和機電耦合性能等。非晶態(tài)合金和晶態(tài)合金相比，在物理性能、化學(xué)性能和機械性能方面都比較優(yōu)越。例如，以鐵元素為主的非晶合金具有高飽和磁感應(yīng)強度，而且損耗比較低。由于這些特點，非晶合金材料在電子、微電子、航空、航天、機械等方面，具有廣闊的應(yīng)用空間。它可以減輕電源、設(shè)備重量，增加有效荷載，縮小體積，提高效率，增強抗干擾能力。非晶合金材料是一種新型節(jié)能材料，主要是以鐵、鎳、鈷、鉻、錳等金屬為合金基礎(chǔ)，并加入少量稀有金屬元素如硼、碳、硅、磷等做成，具有良好的鐵磁性。

1.2 結(jié)構(gòu)與分類

非晶合金與硅鋼片的晶體結(jié)構(gòu)完全不相同，導(dǎo)磁能力更強，更有利于被磁化和去磁。加工成型的非晶合金鐵心帶材厚度只有0.025mm，在變壓器鐵心磁化的過程中很容易，能夠大幅度降低變壓器的空載損耗。鐵磁材料具有較高的磁導(dǎo)率，對產(chǎn)生同樣大小的磁通所需要的安匝數(shù)是不同的。也就是說產(chǎn)生同樣的磁通，磁導(dǎo)率大的材料所需的安匝數(shù)小，反之所需的安匝數(shù)大。由于鐵磁材料具有高的磁導(dǎo)率，變壓器發(fā)展初期，使用普通鐵片作為鐵芯材料。非晶合金鐵芯材料對機械應(yīng)力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應(yīng)力，都會影響其磁化性能，所以鐵芯的損耗就會隨著應(yīng)力的增大而增加，這需要在設(shè)計器身結(jié)構(gòu)時加以充分考慮。

20世紀40年代，冶金企業(yè)開發(fā)出冷軋取向磁性鋼片，逐漸取代了熱軋片。20世紀70年代，開發(fā)出高導(dǎo)磁性鋼片，它的單位損耗和勵磁安匝比普通晶粒取向磁性鋼片要小的多。20世紀80年代，又開發(fā)出磁疇細化(使用激光照射或機械壓痕方法)具有更低損耗的磁性鋼片。這種新型材料的磁通飽和值較傳統(tǒng)的硅鋼材料低(1.57T～1.59T)，非晶合金鐵心在設(shè)計磁通密度時，一般單相變壓器在1.3T～1.4T，三相變壓器在1.25T～1.35T之間取值都是比較理想的。

變壓器多種多樣，按照變壓器鐵芯分類，可以分為普通硅鋼變壓器，卷鐵芯變壓器和非晶變壓器三大類。三種產(chǎn)品最大的區(qū)別在于鐵芯材質(zhì)和加工工藝不同，各自的損耗也不同。傳統(tǒng)的變壓器是用硅鋼片等材料做成，其損耗較大，卷鐵芯變壓器空載損耗大大降低，因卷鐵芯無接縫使空載電流比疊鐵芯變壓器小，但其生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成本較高。非晶合金變壓器指的是在變壓器當中以非晶合金材料當做其鐵芯使用〔2〕。非晶合金變壓器主要分類為油浸式和干式這兩種。非晶合金干式變壓器包括敞開式和環(huán)氧澆注式這兩種型式，其中以環(huán)氧澆注型式為最多。環(huán)氧澆注非晶合金干式變壓器與普通環(huán)氧澆注干式變壓器相比，在結(jié)構(gòu)上存在很大的差異。非晶合金變壓器一般是三相四框五柱式結(jié)構(gòu)，鐵心為矩形截面；高低壓繞組相應(yīng)為矩形，高壓繞組為線繞式、環(huán)氧樹脂澆注的結(jié)構(gòu)，低壓繞組一般為箔繞式。非晶合金干式變壓器傳承了傳統(tǒng)干式變壓器的阻燃、難燃、免維護和可靠性高等優(yōu)點，成為一種新型損耗低的干變。若能從技術(shù)上解決其噪聲、受力及成本問題，憑借非晶合金干式變壓器良好的經(jīng)濟性和節(jié)能性，非晶合金干式變壓器將會有廣闊的應(yīng)用前景。非晶合金變壓器的空載損耗比硅鋼片下降70%～80%〔3〕，這是其最大的優(yōu)點。取消儲油柜后，外形尺寸在高度上有明顯降低。非晶合金變壓器的鐵芯采用非晶合金這一特殊的導(dǎo)磁材料，其晶體結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)的硅鋼，具有更利于被磁化和去磁的優(yōu)點，能大幅度降低鐵芯的空載損耗。

1.3 非晶合金變壓器的特點

非晶合金材料比起硅鋼片更加綠色、環(huán)保、節(jié)能。非晶合金變壓器的優(yōu)點是：節(jié)能效果明顯，環(huán)保效應(yīng)強，節(jié)約城市建設(shè)用地，綜合使用成本低，運行穩(wěn)定和安全性能高。缺點是：最初投資的成本比較高，但是若以長期維護和使用年限來比，還是比普通變壓器經(jīng)濟。

例如：以一臺400kVA非晶配電變壓器SH12為例，買價為5萬元，與S9配變相比，年節(jié)約用電7000kW·h，每kW·h電以0.60元計，全年節(jié)約4900元，4年后變壓器的初期投資即可收回。

隨著市場的不斷發(fā)展，非晶變壓器為最終經(jīng)濟用電開辟了一個捷徑，這一觀念會被用戶不斷認識和接受。非晶合金鐵芯變壓器對節(jié)能和環(huán)境保護有重大意義。非晶合金鐵芯變壓器可以降低空載損耗70%，非晶材料生產(chǎn)過程節(jié)能70%，是一種雙節(jié)能產(chǎn)品。據(jù)調(diào)查分析，目前相同規(guī)格的硅鋼變壓器與非晶變壓器的市場價格已經(jīng)相差不多。因此，發(fā)展非晶變壓器符合國家倡導(dǎo)的“節(jié)約資源、保護環(huán)境、建設(shè)節(jié)約型社會”的產(chǎn)業(yè)政策。

2 非晶合金變壓器的發(fā)展前景

目前國際上已將非晶合金變壓器列為節(jié)能變壓器的首選，作為改變大氣熱污染的措施之一，該產(chǎn)品在國內(nèi)的應(yīng)用廣泛。最近幾年，幾萬臺非晶變壓器在電網(wǎng)上正常運行，證明了它的可靠性和經(jīng)濟性，為國內(nèi)非晶變壓器的進一步使用奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)非晶合金鐵心的生產(chǎn)能力已達到8000t/年，國家發(fā)改委將非晶合金國產(chǎn)化、商品化列入計劃，為國內(nèi)發(fā)展非晶合金變壓器提供了扎實的物質(zhì)保障。

隨著非晶變壓器設(shè)計技術(shù)的成熟，涌現(xiàn)了各類非晶產(chǎn)品，非晶環(huán)氧干式變壓器、地埋式變壓器、路燈變、三相三柱式非晶配電變，非晶合金地下式路燈變壓器、非晶合金地下式變壓器、非晶合金干式變壓器、非晶合金單相變壓器、非晶合金SF6環(huán)網(wǎng)柜分體組合式變壓器、非晶合金美式箱變、非晶合金歐式箱變以及非晶合金三相諧渡注入器等20多種產(chǎn)品品種〔4〕。非晶合金變壓器的設(shè)計發(fā)展很快，現(xiàn)有40余家公司生產(chǎn)非晶合金變壓器產(chǎn)品，贏得了廣大用戶的一致推崇和廣泛好評，被譽為“當前世界電氣潮流的高科技綠色產(chǎn)品”。

3 結(jié)論(1)非晶合金變壓器具有良好的經(jīng)濟性和節(jié)能性，大多數(shù)國家都在生產(chǎn)和推廣非晶合金變壓器；

(2)節(jié)能變壓器——非晶合金變壓器在市場上的擴展和使用，會給國家、用戶及制造者帶來效益，推動整個非晶市場的發(fā)展；

(3)非晶合金變壓器在電網(wǎng)中廣泛使用，將會成為我國科技發(fā)展和新技術(shù)應(yīng)用的一個亮點。

〔1〕曹慶波.非晶合金在變壓器中的應(yīng)用.電氣時代，2007，(9)：92.

〔2〕史麗敏.新型節(jié)能專家.科研，2015，(37).

史麗敏(1976.11-)，女，漢族，陜西白水縣人，講師，碩士，研究方向為電機技術(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計等。

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2095-1809(2016)04-0085-03