35kV非晶合金干式配电变压器的应用

路文娟 王 贇

（武汉铁路职业技术学院，430205，武汉∥第一作者，讲师）

非晶合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料，具有许多独特的性能特点，如优异的导磁性、耐蚀性、耐磨性，以及高硬度、高强度、高电阻率等。采用非晶合金制成变压器铁心，并组装成的变压器，称为非晶合金变压器。非晶合金变压器具有低噪声、低能耗、绝缘等级高等特点。

1978年，美国首先研制出10 kVA非晶合金铁心变压器。1982年，第一台非晶合金配电变压器在美国挂网运行。据统计，目前全球挂网运行的非晶合金配电变压器约有200多万台。

我国非晶合金配电变压器的研制工作始于国家“七五”期间。1986年，我国试制出第一台单相3 kVA非晶合金配电变压器。目前，变压器厂家对非晶合金变压器的热情很高，非晶合金变压器的制造商已由过去的几家增至上百家，非金合金变压器的产量也在逐年增加，但非晶合金产品还没有得到大范围的使用。究其原因，主要是业主对采购成本的增加比较关心，而对后期的运行成本关心很少。随着对节能减排的重视，非晶合金变压器的市场会进一步升温。非晶合金干式变压器如图1所示。

图1 非晶合金干式变压器

1 非晶合金的特点

非晶合金材料具有以下特点：

（1）非晶合金的单位铁损值低，与相同电压等级和同容量硅钢片变压器相比，其空载电流降低了40%，空载损耗降低了70%～80%；

（2）非晶合金片厚度极薄，仅为0.03mm，填充系数较低；

（3）电阻率高，可减小涡流损耗；

（4）硬度大，切割要求高；

（5）对机械应力非常敏感，易碎，影响磁性能；

（6）伸缩性能敏感。

2 非晶合金干式变压器与硅钢片干式变压器的对比

2.1 结构形式对比

非晶合金干式变压器与硅钢片干式变压器的结构形式对比见表1。由表1可以看到，两者只是在形式、铁心截面和线圈形状上存在差异。

2.2 性能参数对比

非晶合金干式变压器与硅钢片干式变压器主要性能参数对比见表2。由表2可以看到，非晶合金干式变压器较硅钢片干式变压器空载电流降低了40%，空载损耗降低约70%，噪声增大约13dB。

表1 非晶合金干式变压器与硅钢片干式变压器结构形式对比

表2 非晶合金干式变压器与硅钢片干式变压器主要性能参数对比

3 非晶合金干式变压器的关键技术

（1）尺寸和质量。非晶合金干式变压器由于铁心采用五柱式结构，导致变压器的整体尺寸和质量较传统干式变压器分别增加约20%和40%，给安装带来一定影响。随着技术的进步，已经开发出三柱结构非晶合金干式变压器，尺寸与传统干式变压器相差无几，质量也大幅减轻。所以，非晶合金干式变压器的尺寸和质量不影响其在城市轨道交通中的安装使用。三柱式铁心与五柱式铁心的对比见表3。

（2）噪声。由于非晶合金带材的固有特性，改进前的非晶合金干式变压器的噪声较一般硅钢片变压器大。国内厂家通过结构改良和减振措施，使产品的噪声有了大幅下降，其噪声已接近普通硅钢片变压器，远低于标准规定的噪声水平，符合城市轨道交通的使用要求。

（3）抗短路能力。非晶合金干式变压器绕组是矩形结构，受力不及圆形绕组均匀，承受短路电动力时容易变形。此外，非晶合金干式变压器通常采用绕组轴向承重结构，这使得矩形绕组的轴向受力和径向所承受短路电动力的考验要比圆形绕组严酷。通过改进线圈的设计工艺，国内许多厂家的产品的抗突发短路能力得到极大提高，通过了国家标准下的短路试验，其性能也得到了实际工况的检验。

（4）容量。长期以来，由于非晶合金带材的限制，国内厂家普遍能生产的非晶合金干式配电变压器的最大容量为1600kVA。近年来，国内非晶合金变压器容量不断突破，电压等级已达到35kV，容量已达到2500kVA，能满足城市轨道交通配电的需要。

表3 三柱式铁心与五柱式铁心的对比

4 非晶合金干式变压器的经济效益

以城市轨道交通中常用的容量为1250kVA的传统变压器为例，与非晶合金变压器进行经济效益分析。

两种变压器的负载损耗基本一致，非晶合金变压器的空载损耗较传统变压器的空载损耗有较大幅度下降。按目前的价格水平，传统变压器每台约25万元，非晶合金变压器每台约35万元，1台非晶合金变压器的一次性投资较传统变压器增加约10万元。经计算，1台非晶合金变压器每年节省电量约16500kWh，按0.8元／kWh计算，每年节省约13200元，大约8年节省的电费可以将增加的一次性投资收回。即8年后可以享受到非晶合金变压器低损耗所带来的经济效益。变压器的设计寿命一般为30年，一条城市轨道交通线路的变压器数量一般有几十台，因此，采用非晶合金变压器将有很可观的经济效益。

5 非晶合金干式变压器在城市轨道交通中应用的现状

自1986年我国第一台非晶合金变压器研制成功以来，经过20多年新技术的引进消化和技术发展，各项跟踪检测数据证明了非晶合金变压器有着比较稳定的空载特性。目前，国内已有一批知名企业掌握了非晶合金变压器的生产技术，且具备生产各个系列非晶合金变压器的能力，其生产的各类非晶合金变压器均通过了国家级各项试验，在产品选用方面完全可以实现国产化。

然而，由于非晶合金铁心材料的核心技术掌握在国外公司的手里，且非晶合金干式变压器存在体积较大、初始购置成本较高等问题，而国家也尚未发布关于35kV非晶合金干式配电变压器相关技术标准，因此，国内城市轨道交通目前仅有10kV非晶合金干式配电变压器的运用，尚没有35kV非晶合金干式配电变压器的运用案例。

但是，非晶合金干式变压器具有优异的低空载损耗特性，在节能减排日益受到重视的今天，城市轨道交通领域更适宜采用非晶合金变压器，以减少能源消耗。

［1］GB 20052—2006三相配电变压器能效限定值及节能评价值［S］.

［2］DL／T 985—2012配电变压器能效技术经济评价导则［S］.

［3］邓云川，高宏.非晶合金铁心变压器及其在电气化铁路中的应用［J］.高速铁路技术，2013（4）：32.

［4］顺特电气有限公司.地铁非晶合金配电变压器相关技术资料［G］.佛山，2013.