非晶合金材料的特点及其铁心变压器发展方向之研究

赵 丽，何关金

（1.伊戈尔电气股份有限公司，广东 佛山 528000；2.广东顺德创新设计研究院，广东 佛山 528000）

非晶合金材料的特点及其铁心变压器发展方向之研究

赵 丽1，何关金2

（1.伊戈尔电气股份有限公司，广东 佛山 528000；2.广东顺德创新设计研究院，广东 佛山 528000）

文章首先简要阐述了非晶合金材料的特点，并分析了非晶合金铁心变压器的结构。在此基础上，对非晶合金铁心变压器的应用前景及发展方向进行论述。期望通过研究，能够对非晶合金铁心变压器的推广应用及电力系统能耗的降低有所帮助。

非晶合金；变压器；节能

1 非晶合金材料的特点

在冶金材料中，金属或合金属于晶态结构材料，这类材料中的原子呈有序排列，其点阵结构具备周期性特点。而非晶合金是指在液态或气态物质在急速冷凝固状态下，合金原子中的结晶未能有序排列，使得固态合金原子呈现出无序结构，不存在晶态合金的晶界、晶粒。非晶合金的性能优异、工艺简单，属于先进的冶金材料，拥有良好的耐磨性、耐蚀性、磁性、韧性、耦合性、电阻率、硬度和强度。非晶合金的构成元素为80%的铁元素和20%的硅元素，具有高饱和磁感应强度，相比较硅钢片而言，其在磁导率、铁损、激磁电流等方面均显现出优势，尤其在铁损方面，非晶合金仅为硅钢片的1/3，将非晶合金应用到变压器中，可有效降低能耗。非晶合金的带材厚度一般为0.03mm，适用于条件为10kHz以下频率，当前已经被广泛应用于大功率开关电源、磁放大器、逆变器以及各类型变压器中。

2 非晶合金铁心变压器的结构

由于非晶合金材料的加工工艺较为复杂，在现有的技术条件下，非晶合金带材的规则只有三种宽度分别为142mm、170mm、213mm，其特点是硬而脆、难以剪切和加工。鉴于此，绝大部分的非晶合金铁心采用的都是长方形截面。从其结构形式上看，具体是将下铁轭部分设计成交错搭接的开口单卷卷铁心结构。三相五柱式是一种用于非晶合金变压器铁心结构较为普遍的形式，如图1所示。

图1 三相五柱式铁心结构示意图

3 非晶合金铁心变压器的应用前景

以非晶合金作为铁心的变压器具有节能和环保的优点。在节能方面，非晶合金铁心变压器的空载损耗非常低，这使其节能效果非常显著，因非晶合金材料有着优异的导磁性，能够以较少的能耗磁化或是消磁，因此非晶合金铁心变压器的空载损耗要远远低于常规变压器，这一特点在实际应用中得到了验证。此外，在一些电力负荷波动变化较大的领域中，如公路、城市基础设施、民用住宅小区等等，非晶合金铁心变压器也同样具有良好的节能效果，它的应用不但能够节省大量的电厂投资，而且还能减少发电燃料的消耗，经济效益十分明显。在环保方面，通过相关的技术检测结果可知，将非晶合金铁心用于油浸式变压器时，能够减少各类有害气体的排放，如一氧化碳、氧化硫、氮气等等，这对于降低大气污染较为有利。

作为发展中国家，我国的能源消费增长速度加快，同时，能源紧缺也是一个不争的事实。为此，国家将节能作为了一项重要的基本国策。随着城乡电网改造进程的不断加快，国电总公司相继实行了更换S9型节能变、停产S7型和淘汰电网中64及73系列的高能耗变压器等措施，这对电网线损的降低起到了一定的作用。据相关调查统计数据结果显示，现阶段我国输配电损耗约占电力总产量的7%左右，由此导致了电力利用率有所降低，大量的电能白白浪费，因此降低变压器损耗成为节能降耗的当务之急。配变是电力传输系统的关键设备，其数量多、运行时间长、节能潜力巨大。随着电力工作者对非晶合金材料优点的逐步认识，非晶合金铁心变压器势必会在不久的将来取代传统的铁心变压器，通过非晶合金铁心变压器在配网当中的大规模应用，能够发挥出不可估量的节能作用，由此产生的经济效益和社会效益非常巨大。不仅如此，还有利于电能质量的提升和电力系统自身损耗的降低。非晶合金铁心变压器的初期成本虽然要比传统变压器高很多，但它所具有的优异的低损耗性能，将会使运营成本大幅度降低，由此带来的经济效益是非常巨大的，足以抵消前期投资成本。鉴于此，推广普及此类变压器对于节能增效具有重要的现实意义。

4 非晶合金铁心变压器的发展方向

与优质冷轧硅钢片相比，非晶合金材料的价格略高，加之其工作磁密度略低，需要使用大量的导线，使得非晶合金铁心配电变压器的价格高于硅钢片配电变压器。但是，非晶配变的使用性能优异，在综合考虑变压器寿命周期内的能耗情况下，可在非晶配变价格高于硅钢片配变30%以内时，选择安装非晶配变是最为经济的方案。从投资效益上来看，使用非晶配变能够大幅度减少空载损耗，这部分损耗节省的资金可用来抵消非晶配变一部分售价，使得非晶配变即便售价过高，也仍具备良好的投资价值。对于工厂企业而言，选择非晶变压器时需要多投入一部分资金，但是在非晶变压器使用中，可有效节省电费支出，使得多支出的这部分资金基本会在4～5年内回收。对于电力系统而言，线路损失是重要经济考核指标，选用非晶变压器可有效降低线损，提高供电经济效益。

[1]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,(8):81-82.

[2]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,(18):25-29.

[3]张涛,宋宣迪,余勇.非晶合金铁心配电变压器的安装及检查[J].农村电工,2013,(8):102-103.

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