非晶合金變壓器節能經濟效益分析

張潮，郝明勇，李偉

（1.國網浙江嵊州市供電公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省電力公司舟山供電公司物資供應中心，浙江 舟山 316000）

非晶合金變壓器節能經濟效益分析

張潮1，郝明勇1，李偉2

（1.國網浙江嵊州市供電公司，浙江 嵊州 312400；2.浙江省電力公司舟山供電公司物資供應中心，浙江 舟山 316000）

本文首先概述變壓器的重要性與使用非晶合金變壓器的優勢，然后著重介紹非晶合金配電變壓器的技術特性、非晶合金配電變壓器的節能測算以及節能效益分析，最后強調非晶合金變壓器在實際應用中需要注意的問題。

非晶合金；變壓器；節能；效益

1 非晶合金變壓器技術特性

非晶合金材料是由鐵、鎳、鈷、鉻以及錳等稀有金屬元素為合金的主要配料，再添加少量的硼、碳、硅和磷等非金屬元素作為輔料，采用快速急冷凝固技術，使合金內部元素來不及結晶。由于材料內部不存在晶粒、晶界等妨礙導磁的障礙物，因而非晶合金材料的導磁率非常高,這樣其在應用過程中的損耗就非常小。非晶合金材料是目前已知材料中導磁能力最強的材料，也是性能最優良的導磁材料。由于非晶合金材料內部無晶體結構存在，從而其內部原子排列雜亂無章、任意隨性，因此這種非晶合金材料又被研究人員稱為金屬玻璃。

將非晶合金材料與硅鋼片材料兩者的物理性能進行比較，可得出非晶合金材料的厚度在遠小于硅鋼的同時，其導磁率卻遠大于硅鋼，并且非晶合金材料在矯頑力、鐵損和飽以及磁場感應強度等多方面優于硅鋼。再將SH15非晶合金變壓器與S11型變壓器作比較，發現盡管定額容量不同能耗下降率也存在較大差異，但SH15非晶合金變壓器能耗較之S11型變壓器普遍下降了60%。由上文得知，非晶合金材料在導磁方面比其他材料具有明顯優勢且不會污染環境，但其缺點是磁通飽和值較之其他材料略遜一籌，其生產費用也略高于其他材料。

2 非晶合金變壓器的節能性能分析

2.1 節能綜合測算

當下社會上的SH15型非晶合金變壓器卷鐵芯采用的是厚度只有普通硅鋼片1/10的非晶合金極薄材料，厚0.025mm、疊片系數為0.86、寬有142mm、170mm、213mm三種尺寸可選擇。變壓器卷鐵芯的橫截面一般斷面狀為矩形，其定額容量不同，內部鐵芯數量和寬度也不盡相同。但無論怎樣變化，其主要目的都是為了能節能減排，降低噪音，增強抗短路能力。下面筆者簡要介紹兩種做法可以達到這一效果：

（1）線圈繞制。配電變壓器線圈的繞制可以達到均勻分布沖擊、良好散熱以及更好絕緣等有力作用，其纏繞時會采用多層同心矩形結構，簡單分解來說：在中間層為了絕緣，長軸采用專用點膠紙、皺紋紙纏繞，短軸設置油道。這樣做不僅可以減小線圈體積，同時縮短了結構相間的安全距離。但如果想要提高變壓器線圈的抗短路能力，則需要根據變壓器容量的不同而做不同的選擇。變壓器容量普遍選取160KVA為基線，當變壓器容量小于基線時，選取銅導線纏繞；當變壓器容量大于基線時，選取銅箔線纏繞。配電變壓器線圈的具體纏繞方式與線的選取如圖1所示。

圖1 變壓器線圈結構

（2）鐵芯與線圈的配置。非晶合金變壓器的鐵芯不同于其他材料的鐵芯，其不是一次性連續繞制而成的，明顯可見外形有高低不平、長短不一的斷口，被裝入高低壓三相線圈后再用帶材將斷口補接。為了避免和減少漏磁，保證磁路的通暢，增強鐵芯的導磁性，減少能耗，在對斷口進行補接時，帶材需由中間向外延伸，依次補接，緊密貼合、壓實。同時，在外部采用橡膠板墊作為封口材料，降低變壓器在運行過程中因鐵芯伸縮而產生的振動。

非晶合金鐵芯的磁力能耗高低與變壓器運行時鐵芯所受的壓力成正比。因此，為了降低能耗，首要任務是減小鐵芯所受的壓力。在安置鐵芯時采用懸掛法，或是在非晶合金鐵芯表面涂能減少變壓器運行而產生振動的漆，以及在變壓器的器身之間填滿絕緣軟膠墊等等，都可以減小鐵芯所受壓力。在進行變壓器鐵芯與線圈的裝配時，應保證鐵芯與線圈同心；保證高低壓線圈兩端的平整度和壓實度相同；另外，要保證鐵芯下部與器件底部接縫處有2～3mm的距離，從而使鐵芯受力小，增加導磁，降低能耗，提高非晶合金配電變壓器的抗短路能力。采用上述方法對鐵芯與線圈進行配置的變壓器性能指標得到了極大的提高。本來與其他硅鋼材料相比，非晶合金材料能耗率就降低了60%以上，空載電流下降了80%之多。而配置改進后的變壓器能耗又降低了17%左右，空載損耗甚至降低了60%。

2.2 節能效益分析

非晶合金配電變壓器的優勢在于內部無晶體結構，應用后的能耗非常低，優于其他各種材料的變壓器。但是其變壓器自身容量不同會導致空載損耗不同，變壓器容量和空載損耗成正比。實驗人員用一臺1000kVA的非晶合金變壓器運行1年和1臺普通1000kVA硅鋼變壓器運行一年相比，非晶合金變壓器節能效果相當可觀，節能高達2000kW·h。如果我們將變壓器都改為非晶合金配電變壓器，每年可減少排放二氧化碳氣體12000000噸，減少排放二氧化硫氣體340000噸，減少排放氮氣200000噸。由此可見，非晶合金配電變壓器的應用是改善環境的重要影響因素之一。

3 使用中應注意的問題

（1）避免長期過電壓運行。過電壓運行會造成空載損耗增加、噪聲水平增加、鐵心溫度升高、空載電流中高次諧波含量增加等等。因此，在安裝變壓器的同時應先了解該區電網運行情況。

（2）訂購時提供運行環境情況。對于我國偏遠特殊的地區，如西藏地區、東北低溫地區、南方多雨地區等，廠家可根據環境因素對變壓器進行特殊設計，保證其可靠運行。

（3）容量及安裝地點選擇。在安裝非晶合金變壓器是需要綜合考慮變壓器負載率，避免頻繁更換造成不必要的浪費。另外，由于非晶合金變壓器噪聲大，不宜安裝在小區內。

（4）更換使用時的注意事項。非晶合金變壓器的聯接方式有Dyn11和Dyn0兩種，安裝時需要檢查兩個低壓電源之間是否存在相位差，避免并聯后造成環流等異樣情況。

4 結語

隨著我國經濟、科技水平的不斷提高，對電網規模也有更大的要求。舊式電網中的高耗能配電變壓器亟需被淘汰，節能環保的非晶合金配電變壓器亟待被應用與推廣。

非晶合金配電變壓器具有低耗能、良好的經濟效益等特點；同時在大型工程運行作業時，非晶合金配電變壓器以容量大、負載能力強的優勢被首選。如果將非晶合金材料普遍用于電網中，1年可節約1/5人口的用電量，不僅可獲得經濟效益，更重要的是可減少發電過程中對環境的污染。隨著科學發展觀、節能減排、可持續發展等觀念的推行，非晶合金配電變壓器將具有良好的發展前景。

[1]王金麗，盛萬興，向馳.非晶合金配電變壓器的應用及其節能分析[J].電網技術，2008,32(18):26～29.

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