浅议非晶合金变压器

2016-04-07史丽敏高向前

四川水利 2016年4期

关键词：非晶干式铁芯

史丽敏，高向前

(四川水利职业技术学院，四川崇州，611231)

浅议非晶合金变压器

史丽敏，高向前

(四川水利职业技术学院，四川崇州，611231)

电力变压器是电力系统中的重要设备之一，降低变压器的损耗，提高供、配电系统效率，是长期探讨的问题。使用新型节能材料非晶合金磁性材料，能大大降低铁芯损耗，提高效率。本文依据多年来非晶合金变压器的研究成果，结合我国变压器市场情况进行了研究分析。

非晶态合金变压器铁芯空载损耗

电力系统中的重要设备变压器，运行中产生的损耗较大，主要在于铁芯中的磁滞损耗和涡流损耗。如何才能减少铁芯损耗，提高供、配电系统效率，是目前大家一直探讨的问题。降低损耗、提高效率有很多方法，但是主要靠材料的更新，铁芯结构、绝缘结构、线圈结构的改变。使用新型节能材料——非晶合金磁性材料，能大大降低铁芯损耗，提高效率。本文依据多年来非晶合金变压器的研究成果，结合我国的变压器市场情况分析如下。

1 非晶合金变压器概述

1.1 非晶合金

我们常见的金属一般都是晶态材料，其内部原子排列井然有序。而非晶态材料则是内部原子排列处于无规则状态。金属在熔化后原子处于活跃状态，如果冷却很快，其原子还来不及排列就被凝固，就产生了非晶态合金。由于超急冷凝固，合金凝固时原子来不及进行有序排列结晶，得到的固态合金是长程无序结构没有晶态合金的晶粒、晶界存在，称之为非晶合金，被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性，高的强度、硬度和韧性，高的电阻率和机电耦合性能等。非晶态合金和晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都比较优越。例如，以铁元素为主的非晶合金具有高饱和磁感应强度，而且损耗比较低。由于这些特点，非晶合金材料在电子、微电子、航空、航天、机械等方面，具有广阔的应用空间。它可以减轻电源、设备重量，增加有效荷载，缩小体积，提高效率，增强抗干扰能力。非晶合金材料是一种新型节能材料，主要是以铁、镍、钴、铬、锰等金属为合金基础，并加入少量稀有金属元素如硼、碳、硅、磷等做成，具有良好的铁磁性。

1.2 结构与分类

非晶合金与硅钢片的晶体结构完全不相同，导磁能力更强，更有利于被磁化和去磁。加工成型的非晶合金铁心带材厚度只有0.025mm，在变压器铁心磁化的过程中很容易，能够大幅度降低变压器的空载损耗。铁磁材料具有较高的磁导率，对产生同样大小的磁通所需要的安匝数是不同的。也就是说产生同样的磁通，磁导率大的材料所需的安匝数小，反之所需的安匝数大。由于铁磁材料具有高的磁导率，变压器发展初期，使用普通铁片作为铁芯材料。非晶合金铁芯材料对机械应力非常敏感，无论是张引力还是弯曲应力，都会影响其磁化性能，所以铁芯的损耗就会随着应力的增大而增加，这需要在设计器身结构时加以充分考虑。

20世纪40年代，冶金企业开发出冷轧取向磁性钢片，逐渐取代了热轧片。20世纪70年代，开发出高导磁性钢片，它的单位损耗和励磁安匝比普通晶粒取向磁性钢片要小的多。20世纪80年代，又开发出磁畴细化(使用激光照射或机械压痕方法)具有更低损耗的磁性钢片。这种新型材料的磁通饱和值较传统的硅钢材料低(1.57T～1.59T)，非晶合金铁心在设计磁通密度时，一般单相变压器在1.3T～1.4T，三相变压器在1.25T～1.35T之间取值都是比较理想的。

变压器多种多样，按照变压器铁芯分类，可以分为普通硅钢变压器，卷铁芯变压器和非晶变压器三大类。三种产品最大的区别在于铁芯材质和加工工艺不同，各自的损耗也不同。传统的变压器是用硅钢片等材料做成，其损耗较大，卷铁芯变压器空载损耗大大降低，因卷铁芯无接缝使空载电流比叠铁芯变压器小，但其生产工艺比较复杂，成本较高。非晶合金变压器指的是在变压器当中以非晶合金材料当做其铁芯使用〔2〕。非晶合金变压器主要分类为油浸式和干式这两种。非晶合金干式变压器包括敞开式和环氧浇注式这两种型式，其中以环氧浇注型式为最多。环氧浇注非晶合金干式变压器与普通环氧浇注干式变压器相比，在结构上存在很大的差异。非晶合金变压器一般是三相四框五柱式结构，铁心为矩形截面；高低压绕组相应为矩形，高压绕组为线绕式、环氧树脂浇注的结构，低压绕组一般为箔绕式。非晶合金干式变压器传承了传统干式变压器的阻燃、难燃、免维护和可靠性高等优点，成为一种新型损耗低的干变。若能从技术上解决其噪声、受力及成本问题，凭借非晶合金干式变压器良好的经济性和节能性，非晶合金干式变压器将会有广阔的应用前景。非晶合金变压器的空载损耗比硅钢片下降70%～80%〔3〕，这是其最大的优点。取消储油柜后，外形尺寸在高度上有明显降低。非晶合金变压器的铁芯采用非晶合金这一特殊的导磁材料，其晶体结构优于传统的硅钢，具有更利于被磁化和去磁的优点，能大幅度降低铁芯的空载损耗。

1.3 非晶合金变压器的特点

非晶合金材料比起硅钢片更加绿色、环保、节能。非晶合金变压器的优点是：节能效果明显，环保效应强，节约城市建设用地，综合使用成本低，运行稳定和安全性能高。缺点是：最初投资的成本比较高，但是若以长期维护和使用年限来比，还是比普通变压器经济。

例如：以一台400kVA非晶配电变压器SH12为例，买价为5万元，与S9配变相比，年节约用电7000kW·h，每kW·h电以0.60元计，全年节约4900元，4年后变压器的初期投资即可收回。

随着市场的不断发展，非晶变压器为最终经济用电开辟了一个捷径，这一观念会被用户不断认识和接受。非晶合金铁芯变压器对节能和环境保护有重大意义。非晶合金铁芯变压器可以降低空载损耗70%，非晶材料生产过程节能70%，是一种双节能产品。据调查分析，目前相同规格的硅钢变压器与非晶变压器的市场价格已经相差不多。因此，发展非晶变压器符合国家倡导的“节约资源、保护环境、建设节约型社会”的产业政策。

2 非晶合金变压器的发展前景

目前国际上已将非晶合金变压器列为节能变压器的首选，作为改变大气热污染的措施之一，该产品在国内的应用广泛。最近几年，几万台非晶变压器在电网上正常运行，证明了它的可靠性和经济性，为国内非晶变压器的进一步使用奠定了坚实的基础。目前，国内非晶合金铁心的生产能力已达到8000t/年，国家发改委将非晶合金国产化、商品化列入计划，为国内发展非晶合金变压器提供了扎实的物质保障。

随着非晶变压器设计技术的成熟，涌现了各类非晶产品，非晶环氧干式变压器、地埋式变压器、路灯变、三相三柱式非晶配电变，非晶合金地下式路灯变压器、非晶合金地下式变压器、非晶合金干式变压器、非晶合金单相变压器、非晶合金SF6环网柜分体组合式变压器、非晶合金美式箱变、非晶合金欧式箱变以及非晶合金三相谐渡注入器等20多种产品品种〔4〕。非晶合金变压器的设计发展很快，现有40余家公司生产非晶合金变压器产品，赢得了广大用户的一致推崇和广泛好评，被誉为“当前世界电气潮流的高科技绿色产品”。