非晶合金变压器节能经济效益分析

张潮，郝明勇，李伟

（1.国网浙江嵊州市供电公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省电力公司舟山供电公司物资供应中心，浙江 舟山 316000）

非晶合金变压器节能经济效益分析

张潮1，郝明勇1，李伟2

（1.国网浙江嵊州市供电公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省电力公司舟山供电公司物资供应中心，浙江 舟山 316000）

本文首先概述变压器的重要性与使用非晶合金变压器的优势，然后着重介绍非晶合金配电变压器的技术特性、非晶合金配电变压器的节能测算以及节能效益分析，最后强调非晶合金变压器在实际应用中需要注意的问题。

非晶合金；变压器；节能；效益

1 非晶合金变压器技术特性

非晶合金材料是由铁、镍、钴、铬以及锰等稀有金属元素为合金的主要配料，再添加少量的硼、碳、硅和磷等非金属元素作为辅料，采用快速急冷凝固技术，使合金内部元素来不及结晶。由于材料内部不存在晶粒、晶界等妨碍导磁的障碍物，因而非晶合金材料的导磁率非常高,这样其在应用过程中的损耗就非常小。非晶合金材料是目前已知材料中导磁能力最强的材料，也是性能最优良的导磁材料。由于非晶合金材料内部无晶体结构存在，从而其内部原子排列杂乱无章、任意随性，因此这种非晶合金材料又被研究人员称为金属玻璃。

将非晶合金材料与硅钢片材料两者的物理性能进行比较，可得出非晶合金材料的厚度在远小于硅钢的同时，其导磁率却远大于硅钢，并且非晶合金材料在矫顽力、铁损和饱以及磁场感应强度等多方面优于硅钢。再将SH15非晶合金变压器与S11型变压器作比较，发现尽管定额容量不同能耗下降率也存在较大差异，但SH15非晶合金变压器能耗较之S11型变压器普遍下降了60%。由上文得知，非晶合金材料在导磁方面比其他材料具有明显优势且不会污染环境，但其缺点是磁通饱和值较之其他材料略逊一筹，其生产费用也略高于其他材料。

2 非晶合金变压器的节能性能分析

2.1 节能综合测算

当下社会上的SH15型非晶合金变压器卷铁芯采用的是厚度只有普通硅钢片1/10的非晶合金极薄材料，厚0.025mm、叠片系数为0.86、宽有142mm、170mm、213mm三种尺寸可选择。变压器卷铁芯的横截面一般断面状为矩形，其定额容量不同，内部铁芯数量和宽度也不尽相同。但无论怎样变化，其主要目的都是为了能节能减排，降低噪音，增强抗短路能力。下面笔者简要介绍两种做法可以达到这一效果：

（1）线圈绕制。配电变压器线圈的绕制可以达到均匀分布冲击、良好散热以及更好绝缘等有力作用，其缠绕时会采用多层同心矩形结构，简单分解来说：在中间层为了绝缘，长轴采用专用点胶纸、皱纹纸缠绕，短轴设置油道。这样做不仅可以减小线圈体积，同时缩短了结构相间的安全距离。但如果想要提高变压器线圈的抗短路能力，则需要根据变压器容量的不同而做不同的选择。变压器容量普遍选取160KVA为基线，当变压器容量小于基线时，选取铜导线缠绕；当变压器容量大于基线时，选取铜箔线缠绕。配电变压器线圈的具体缠绕方式与线的选取如图1所示。

图1 变压器线圈结构

（2）铁芯与线圈的配置。非晶合金变压器的铁芯不同于其他材料的铁芯，其不是一次性连续绕制而成的，明显可见外形有高低不平、长短不一的断口，被装入高低压三相线圈后再用带材将断口补接。为了避免和减少漏磁，保证磁路的通畅，增强铁芯的导磁性，减少能耗，在对断口进行补接时，带材需由中间向外延伸，依次补接，紧密贴合、压实。同时，在外部采用橡胶板垫作为封口材料，降低变压器在运行过程中因铁芯伸缩而产生的振动。

非晶合金铁芯的磁力能耗高低与变压器运行时铁芯所受的压力成正比。因此，为了降低能耗，首要任务是减小铁芯所受的压力。在安置铁芯时采用悬挂法，或是在非晶合金铁芯表面涂能减少变压器运行而产生振动的漆，以及在变压器的器身之间填满绝缘软胶垫等等，都可以减小铁芯所受压力。在进行变压器铁芯与线圈的装配时，应保证铁芯与线圈同心；保证高低压线圈两端的平整度和压实度相同；另外，要保证铁芯下部与器件底部接缝处有2～3mm的距离，从而使铁芯受力小，增加导磁，降低能耗，提高非晶合金配电变压器的抗短路能力。采用上述方法对铁芯与线圈进行配置的变压器性能指标得到了极大的提高。本来与其他硅钢材料相比，非晶合金材料能耗率就降低了60%以上，空载电流下降了80%之多。而配置改进后的变压器能耗又降低了17%左右，空载损耗甚至降低了60%。

2.2 节能效益分析

非晶合金配电变压器的优势在于内部无晶体结构，应用后的能耗非常低，优于其他各种材料的变压器。但是其变压器自身容量不同会导致空载损耗不同，变压器容量和空载损耗成正比。实验人员用一台1000kVA的非晶合金变压器运行1年和1台普通1000kVA硅钢变压器运行一年相比，非晶合金变压器节能效果相当可观，节能高达2000kW·h。如果我们将变压器都改为非晶合金配电变压器，每年可减少排放二氧化碳气体12000000吨，减少排放二氧化硫气体340000吨，减少排放氮气200000吨。由此可见，非晶合金配电变压器的应用是改善环境的重要影响因素之一。

3 使用中应注意的问题

（1）避免长期过电压运行。过电压运行会造成空载损耗增加、噪声水平增加、铁心温度升高、空载电流中高次谐波含量增加等等。因此，在安装变压器的同时应先了解该区电网运行情况。

（2）订购时提供运行环境情况。对于我国偏远特殊的地区，如西藏地区、东北低温地区、南方多雨地区等，厂家可根据环境因素对变压器进行特殊设计，保证其可靠运行。

（3）容量及安装地点选择。在安装非晶合金变压器是需要综合考虑变压器负载率，避免频繁更换造成不必要的浪费。另外，由于非晶合金变压器噪声大，不宜安装在小区内。

（4）更换使用时的注意事项。非晶合金变压器的联接方式有Dyn11和Dyn0两种，安装时需要检查两个低压电源之间是否存在相位差，避免并联后造成环流等异样情况。

4 结语

随着我国经济、科技水平的不断提高，对电网规模也有更大的要求。旧式电网中的高耗能配电变压器亟需被淘汰，节能环保的非晶合金配电变压器亟待被应用与推广。

非晶合金配电变压器具有低耗能、良好的经济效益等特点；同时在大型工程运行作业时，非晶合金配电变压器以容量大、负载能力强的优势被首选。如果将非晶合金材料普遍用于电网中，1年可节约1/5人口的用电量，不仅可获得经济效益，更重要的是可减少发电过程中对环境的污染。随着科学发展观、节能减排、可持续发展等观念的推行，非晶合金配电变压器将具有良好的发展前景。

[1]王金丽，盛万兴，向驰.非晶合金配电变压器的应用及其节能分析[J].电网技术，2008,32(18):26～29.

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