非晶合金鐵心變壓器的節(jié)能特點

劉康生 蔣瑞蘭

摘要：非晶合金鐵心變壓器是用非晶合金制作而成，比普通變壓器的能耗小，是較為理想的變壓器。但是它的磁通密度低，機械應力敏感，工作期間可能導致空載損耗增大。本文研究了非晶合金鐵心變壓器的特點，提出了相應節(jié)能措施。

關鍵詞：非晶合金 電力變壓器 節(jié)能

中圖分類號：TM4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（b）-0101-01

變壓器是利用電磁感應將一種電壓的交流電能轉換成同頻率的另一種電壓的交流電能。它的主要部分是鐵心、繞組、絕緣、外殼等。鐵心、繞組、絕緣、外殼和其他組件的結構不同導致變壓器的容量、電壓的不同。普通變壓器鐵心一般用硅鋼片疊成，片上涂以絕緣漆，以避免片間短路。

非晶合金鐵心變壓器的鐵心是用非晶合金制作而成，比硅鋼片變壓器的空載損耗下降約75％，空載電流下降約80％[1]。

據(jù)估計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10％左右，損耗每降低1％，每年可節(jié)約上百億度電能。降低變壓器損耗是勢在必行的節(jié)能措施。由于低損耗是電力傳輸設備的重要性能指標之一，因此非晶合金鐵心變壓器以其顯著的低空載損耗性能倍受生產(chǎn)制造和電力用戶的關注。

1 非晶合金電力變壓器特點

非晶合金材料指采用快速致冷工藝加工而成的金屬材料，含鐵78%～81%、含硼13.5%、含硅3.5%～8%，另外還含微量的鎳和鈷等金屬元素[2]，它具有良好的鐵磁性。采用非晶合金材料制造成變壓器鐵心的變壓器稱為非晶合金變壓器。非晶合金變壓器具有以下特性。

（1）制造工藝簡單，成材率高。非晶合金材料快速冷卻凝固成20～60μm厚的合金薄帶，該工藝比硅鋼片工藝節(jié)省了很多工序，節(jié)省損耗能量80％。而非晶合金成材率高，制造鐵心的工藝方法、設備均較簡單。

（2）鐵芯損耗低，其節(jié)能效果明顯，且回收年限短。

（3）價格逐年接近硅鋼式變壓器價格。非晶變壓器將成為取代現(xiàn)有硅鋼變壓器的主要產(chǎn)品。

（4）其磁化功率小，并具有良好的溫度穩(wěn)定性。

（5）硬度高，單片厚度薄，大約是硅鋼片的1／10左右，且疊片系數(shù)低，渦流損耗大大降低。

（6）磁疇伸縮程度比硅鋼片高約10％，故不宜過度夾緊

（7）對機械應力非常敏感，張應力或彎曲應力都會影響它的磁性能。

（8）飽和磁通密度較低，空載損耗很低，節(jié)能效果明顯。

（9）可有效減少CO、SOx、NOx等有害氣體的排放，降低大氣污染[3]。

2 非晶合金電力變壓器的節(jié)能分析

2.1節(jié)能性能的技術指標

衡量變壓器節(jié)能性的主要指標是綜合損耗。綜合損耗主要由鐵磁損耗、負載損耗、無功當量損耗組成。變壓器的無功當量損耗會采取補償措施，損耗并不大，因此可以忽略。變壓器的綜合損耗為：

式中β為負載率；Pf為額定負載損耗。從上式可以看出，負載率越高，綜合損耗越高。隨著變壓器容量的增大，節(jié)能效率也逐步提高。

2.2生產(chǎn)成本節(jié)能分析

采用非晶納米晶軟磁性材料作變壓器、電動機等電力設備的鐵芯之所以節(jié)能，除了它本身的特軟磁性、電阻小、銅耗、鐵耗、磁滯損耗大大降低使設備本身耗能少以外，還因為非晶材料合金生產(chǎn)過程的能耗低，制造工藝簡單，一次成材，與生產(chǎn)硅鋼片相比，能耗要少得多。無負載損失可減少到傳統(tǒng)硅鋼變壓器的1／5左右。

2.3實際節(jié)能分析

根據(jù)運行經(jīng)驗，1臺500kV·A的SBHl6型非晶合金變壓器運行1年后，比S9硅鋼變壓器節(jié)約能耗達9373kW·h。其節(jié)能效果是相當可觀的。

小容量變壓器以非晶態(tài)合金鐵心變壓器性能為優(yōu)。當隨著容量增大，與硅鋼片鐵心的變壓器的性能接近。在鐵耗上節(jié)約的幅度與其銅耗上超出硅鋼片鐵心的變壓器的部分相抵。大容量非晶態(tài)合金鐵心變壓器的質量與體積都超過相同容量的硅鋼片鐵心的變壓器。

2.4非晶合金電力變壓器的投資回收

非晶合金變壓器的價格比較高，投資必須考慮資金的回報率。

相對于S9型變壓器，非晶合金變壓器負載率越高，變壓器的容量越大，相對于S9變壓器的多投資回收期也越短。

3 非晶合金電力變壓器的運行特點

（1）由于過電壓或瞬時波動造成的過勵磁運行不影響其空載性能。

（2）負載不平衡時空載性能基本穩(wěn)定。

（3）過負荷運行時空載性能增大，對于重載負荷區(qū)不宜使用。

（4）能夠適應戶外條件。

（5）傾斜時空載性能不受影響。

4 非晶合金電力變壓器的應用

我國生產(chǎn)非晶合金變，壓器的技術成本比美、日、歐高，我國沒有自已的非晶合金變壓器的制造技術，導致非晶合金電力變壓器在我國的價格一直居高不下。

實際應用表明，非晶合金變壓器的空載損耗小，經(jīng)濟運行負荷率較低。適用于負載率較低的電力系統(tǒng)。在我國推廣非晶合金變壓器可以降低變壓器的損耗。

非晶合金變壓器的使用除具有直接的經(jīng)濟效益外，還減少了發(fā)電產(chǎn)生的廢氣、廢渣對環(huán)境的污染，節(jié)約了自然資源。

5 結論

非晶合金變壓器性能優(yōu)異，節(jié)能效果明顯，應廣泛推廣應用。在工程上應以大容量、高負載率的采用原則來確定非晶合金變壓器的容量。應加快非晶合金變壓器的國產(chǎn)化，降低非晶合金變壓器的價格。

參考文獻

[1] 惠希東，陳國良.塊體非晶合金[M].北京：化學工業(yè)出版社，2007.

[2] 茅建華.非晶合金變壓器節(jié)能經(jīng)濟效益分析[J].上海電力學院學報，2005.

[3] 韓能霞.非晶合金鐵心變壓器的特點分析[J].江蘇電器，2008.