非晶合金配電變壓器的應用及其節能思路研究

摘要：非晶合金配電變壓器采用了新結構、新材料以及新工藝，具有一定的節能降耗之功能，其中的鐵心材料也是非晶合金材質。較之于傳統硅鋼鐵心而言，低空載損耗性能非常顯著。近年來，隨著社會經濟的快速發展和電力行業的不斷進步，城鄉電網改造、建設，以及節能降耗領域的非晶合金配電變壓器應用逐漸普遍化，這對有效解決當前國內電力供應緊張問題、節約型社會的構建起到了非常重要的作用。對非晶合金配電變壓器及其應用問題進行分析，并在此基礎上就其節約降耗進行探討，以供參考。

關鍵詞：非晶合金；配電變壓器；應用；節能；研究

中圖分類號：TM421 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0266-02

非晶合金變壓器作為一種有效的節能型變壓設備，最早出現在20世紀70年代，當時美國GE公司研制了第一臺非晶合金變壓器，直到80年代末期才實現了生產發展的商品化。從當前非晶合金配電變壓器的應用實踐來看，其節能效果非常明顯，因此在當前的形勢下加強對該問題的研究具有非常重大的現實意義。

一、非晶合金變壓器概述

對于非晶合金配電變壓器而言，其最大的優點在于空載損耗值非常低，實踐中是否能夠有效確保空載損耗成為非晶合金變壓器性能評價的重點。產品結構布置過程中，除了要充分考慮非晶合金本身不受或少受外力影響外，在設計計算過程中必須準確選取特性參數。較之于晶態合金而言，非晶合金的化學、物理以及機械等方面的性能都發生了非常大的變化。比如，鐵基非晶合金具有較高的飽和磁感應強度，而且其損耗也非常低。基于該特性和優勢，非晶合金材料現代電子、航天以及微電子和機械領域中的應用非常廣泛。對于微型鐵芯而言，可有效應用在現代綜合業務數字網ISDN變壓器之中，非晶合金變壓器的應用效果非常明顯。

基于對非晶材料的了解，以該材料為基礎的非晶變壓器應用價值也比較大。非晶合金變壓器采用了新型的導磁原材料，即以非晶合金作為原材料生產變壓器。采用該種方法制作的鐵芯要比硅鋼片鐵芯變壓器空載損耗低很多，據統計可下降大約80%，而且空載電流下降量也在85%左右，因此是當前節能效果中較為理想的一種新型配電變壓器；該變壓器比較適于發展中地區以及農村電網改造與發展之中。

二、非晶合金變壓器應用問題研究

1.國內外非晶合金變壓器應用情況

自1982年，美國首先研制出首臺非晶合金變壓器開始，1985年底大約超過1000臺規格為15kVA的非晶合金配電變壓器掛網運行；1986年，非晶合金變壓器正式開展商業化生產，并以每年10個百分點的新裝速度遞增。從當前世界應用情況來看，35千伏級最大容量5000kVA的非晶合金鐵芯變壓器也投入運用。就當前國內而言，目前電力電網運行中的每500萬臺變壓器就有1萬臺是非晶合金變壓器。同時，國內一些電力公司也開始掛網試運行非晶合金變壓器，并且實測了降損數據，結果表明降耗效益非常突出。

2.非晶合金型變壓器應用案例研究

實踐中為確保信息數據的準確性，將非晶合金型與硅鋼片鐵心型配電變壓器之間的降損效果進行對比，在傳統的硅鋼片鐵心配電變壓器高壓側增加一個計量設備，從而使變壓器的高低壓側都具備相應的計量條件，然后對新增電壓、電力組合互感器，并對原低壓側表計實施準確的校驗。以15天時間為實測周期對電量進行抄見，抄表周期存在的誤差不超過10分鐘。此次研究所選的地點地處多山、少平原地區，因此配電變壓器受到地域環境的影響，負載率會受到嚴重影響，存在普遍偏低等問題。基于此，在進行實測過程中2臺配電變壓器分別為S7-250/1O（記為一號變壓器）和S9-160/1O（記為2號變壓器），2個變壓器的負荷均用于居民的照明，負載率分別為17.4%、15.8%。通過實測、硅鋼片鐵心配電變壓器電量損失對比可知，一號變壓器降損超過72%；二號變壓器降損超過69%，如表1所示。

實踐中可以看到，生產過程中存在著很多類型的非晶合金鐵心變壓器，比如非晶合金干式變壓器、地下式變壓器、組合式變壓器以及高燃點油非晶合金變壓器和預裝式非晶合金變壓器等，應用范圍都非常廣泛，而且用戶可根據具體的需求進行選擇。在此過程中，應當全面了解非晶合金配電變壓器噪聲、空載損耗、聯結組別以及生產技術和制造工藝等內容。同時，還要根據變壓器實際運行環境、條件以及運行模式等確保變壓器運行的安全可靠性，并在此基礎上充分考慮如何有效提升變壓器自身的性能參數，降低制造成本和能耗。非晶合金變壓器應用過程中，應當根據變壓器自身所帶的負荷、實際運行特點和要求，以配電變壓器能效技術經濟評價導則為要求，根據其所提供的總擁有費用方法來具體判斷變壓器的應用壽命及其綜合經濟性，以確保其在整個壽命期限內總成本最低，同時這也是國際通用慣例。此外，基于對當前國內實際情況的考慮，可生產非晶合金變壓器的廠家生產規模、環境條件以及生產工藝等都存在較大的差異性，因此應當充分考慮制造廠制造水平、質保實力以及具體的售后服務等因素，以此來確保非晶合金變壓器的應用安全可靠性。

三、非晶合金變壓器節能思路分析

基于以上對非晶合金配電變壓器的實踐應用及其優勢分析可以看出非晶合金配電變壓器本身的節能效果非常顯著。

1.非晶合金變壓器節能作用

第一，空載耗損非常低。以SHl5型為例，該類型的非晶合金配電變壓器較之于同容量的S7型號配電變壓器，其空載耗損可降低80%以上，而且與同容量型號為S9的配電變壓器比對，空載狀態下的損耗可降低75%以上；較之于同容量型號為S11的配電變壓器，其空載狀態下的耗損也可降低65%以上；較之于同容量型號為S13的配電變壓器，其空載狀態下的耗損可降低50%以上。在年平均負載率較低、輕載以及空載運行時間相對較長情況下，節能降損效果也非常顯著。尤其比較適用于現代農村用電高峰期短以及長期輕負荷等特點，在農網改造過程中起到了非常重要的作用。

第二，制造過程中的有效環保與節能。對于傳統硅鋼配電變壓器而言，其中硅鋼材料的實際生產過程中主要分為煉鋼、鑄熱軋和冷軋步驟。對于冷軋階段而言，分為酸洗、中間退火、一次冷軋、二次冷軋以及拉伸涂層和精整等工序。如此復雜的工序會消耗大量的投資或者工序耗能，因此需對其進行多次的加熱處理，因此其生產成比非晶合金帶生產費用高很多，酸洗過程中也會產生輕微的污染，燃氣加熱過程中也會產生大量的廢氣。從實踐來看，非晶合金變壓器制造過程中的環保與節能效果非常明顯。

第三，運行過程中的節能與環保。對于變壓器而言，其作為能源消耗、嚴重污染的機械設備，應用過程中應當注意節能環保。實踐中可以看到，非晶合金變壓器空載狀態下的耗損比較低，而且負載耗損較之于傳統的變壓器而言基本上相當。基于此，非晶合金變壓器的應用可有效節省投資，降低煤炭、水資源的利用量，同時還可以有效減少二氧化碳、一氧化碳以及粉塵和二氧化硫等有害、有毒氣體的排放，這對于生態環境保護、防范全球變暖起到了非常重要的作用。總而言之，非晶合金配電變壓器具有非常大的優勢。

2.非晶合金變壓器節能效果

非晶合金配電變壓器是一種新結構、新材料和新技術變壓器產品，低空載狀態下的耗損特性非常顯著，在當前國內配電網運行過程中，尤其是農村電網改造過程中的應用較為廣泛，而且節能效果也非常顯著。根據以往的運行費用計算方式，非晶合金配電變壓器低壓線圈通常采用的是銅箔繞制，其器身組成材料是抗突發短路結構，因此抗短路性能非常強大。以三相非晶合金配電變壓器為例，較之于新型的S9配電變壓器而言，年節約用電量非常可觀。比如，800kVA非晶合金配電變壓器，△P0為1.05kW；兩種類型的配電變壓器負載損耗值基本一致。令△Pk=0，則可算出每臺產品電能損耗年減少量△Ws=8760（1.05+0.62×0）=9198kW·h；實踐中通過對這一規格的產品進行計算發現，三相非晶合金變壓器產品的節能效果非常顯著。由于將油箱設計成了全密封式的結構，使得變壓器內的油、外界空氣之間隔斷，有效防止了油的嚴重氧化，這對于延長品服役壽命、節約能源具有非常重要的作用。

3.非晶合金變壓器的未來發展

對于非晶合金變壓器而言，如果能完全替代當前的新系列配變，比如10kV級配電變壓器年需求量按5000萬kVA計算時，一年可節電大約100億千瓦時。在此過程中可有效節約用電，對于節能環保具有非常重要的作用，可以少向空氣、大氣中排放二氧化碳等氣體，有效減輕了環境污染，從而使非晶合金變壓器成為名副其實的環保產品。在城鄉電力網改造與發展過程中，如果能大量推廣和應用非晶配電變壓器，即可獲得節能、環保方面的效益。在全面推廣和應用非晶合金變壓器過程中建議注意以下事項：

首先，在應用非晶合金變壓器過程中應當選擇合適的場合。對于非晶合金配電變壓器而言，通常用于負荷率相對較低的環境，這樣可取得應用效率的最大化。因此，非晶合金配電變壓器特別適合非連續生產企業或只在白天工作的事業單位，及農村用電和城市居民用電等負荷率較低的場所。

其次，建議采取有效的鼓勵措施。對非晶合金配電變壓器自身的節能優勢和效果進行宣傳，并以此為基礎鼓勵廣大用戶利用非晶合金配電變壓器。供電企業應當加強與新增居住區、制造廠之間的有效合作，建立健全非晶合金變壓器示范區，通過電網效率的對比將其作為用戶群參考。城市、農村電網改造與發展過程中應當注意限制高損耗配電變壓器的入網，并且對采用低耗節能配電變壓器的用戶給予優先用電，為全面推廣非晶合金配電變壓器探析新路徑。

四、結語

非晶合金變壓器的鐵心材質非常獨特，具有非常好的節能作用，通過應用實測，較之于傳統的硅鋼片變壓器可實現將耗損70%以上。因此，實踐中應當不斷加強重視和應用創新，為節約型社會的構建貢獻力量。

參考文獻：

[1]溫偉峰，鐘漢良.非晶合金鐵心全密封變壓器技術經濟分析[J].城市建設理論研究（電子版），2012，（18）.

[2]張濤，宋宣迪，余勇.非晶合金鐵心配電變壓器的安裝及檢查[J].農村電工，2013，（8）.

[3]武曄楠.非晶合金鐵心配電變壓器技術特性的研究分析[J].中國科技成果，2013，（14）.

[4]張衛國.非晶合金變壓器鐵心技術及發展前景[J].新材料產業，2011，（7）.

[5]張濤，董暢，王偉.非晶合金鐵芯配電變壓器的運行維護[J].科學與財富，2013，（10）.

[6]趙景飛.對非晶合金配電變壓器試點應用的初探[J].電子科技，2010，（35）.

（責任編輯：王祝萍）