非晶合金干式變壓器在設計中的應用

顏 妍 程曉東 慎建軍 徐朋君 楊 健 李 桂

1河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002） 2 開封新楓華置業(yè)有限公司（475006）

1 油浸式變壓器與干式變壓器的區(qū)別

油浸式變壓器與干式變壓器的最大區(qū)別就是有沒有“油”。由于油是液體，具有流動性，油浸式變壓器就一定是有外殼的，外殼內(nèi)部是變壓器油，油中浸泡著變壓器的線圈，從外面是看不到變壓器的線圈的；而干式變壓器沒有油，就不用外殼了，從外面能直接看到變壓器的線圈。油浸式變壓器為了散熱方便，在外部設計了散熱器；干式變壓器沒有散熱器，散熱靠變壓器線圈下面的風機。

由于防火的需要，油浸式變壓器一般安裝在單獨的變壓器室內(nèi)或安裝在室外，而干式變壓器肯定安裝在室內(nèi)， 一般情況下安裝在低壓配電室內(nèi)，和低壓配電柜并排安裝。

一般情況下干式變壓器應在額定容量下運行，而油浸式變壓器的過載能力比較好。對同容量變壓器來說，干式變壓器的采購價格比油浸式變壓器要高許多。

2 干變的發(fā)展

常規(guī)硅鋼片鐵心干式變壓器經(jīng)SCB7 等系列發(fā)展到SCB10 系列后，降低空載損耗的技術難度已經(jīng)越來越高。 如最新的SCB12 系列干式變壓器，空載損耗較SCB10 系列變壓器降低約20%，但是由于生產(chǎn)工藝難度和對材料的要求提高了很多，使得其價格也高于SCB10 變壓器大約20%。要在目前的技術水平上大幅降低常規(guī)硅鋼片變壓器的空載損耗難度很大，且制造成本高、不經(jīng)濟。 非晶合金變壓器的出現(xiàn)為配電變壓器節(jié)能降耗水平的提高開辟了一條嶄新的路徑。 非晶合金干式變壓器與SC10 系列變壓器相比，損耗降低了70%，而價格僅為后者的1.3～1.5 倍。

變壓器的空載損耗主要是由鐵心的渦流損耗與磁滯損耗組成，渦流損耗與鐵心材料的厚度成正比、與電阻率成反比，磁滯損耗與磁滯回線所包絡的面積成正比。 非晶合金帶材的厚度僅為0.025 mm，約為普通冷軋硅鋼片的1/11，電阻率是冷軋硅鋼片的3～5 倍，因此由非晶合金帶材制成的鐵心，它的渦流損耗比冷軋硅鋼片制成的鐵心要小很多。 另外，非晶合金的矯頑力小于4 A/m，約為冷軋硅鋼片的1/7，非晶合金的磁滯回線所包絡的面積遠遠小于冷軋硅鋼片，因此非晶合金的磁滯損耗比冷軋硅鋼片也小很多。

非晶合金材料工作磁通密度通常選擇在1.3 T左右，低于冷軋硅鋼片的1.6～1.7 T，所以非晶合金鐵心用料較多，同時因非晶合金帶材的填充系數(shù)低，使得鐵心截面增大，再加上非晶合金材料磁致伸縮大，更使得變壓器噪聲增大。 對磁通密度、帶材用量及噪聲三者關系的合理把握是非晶合金鐵心及變壓器設計制造的難點和關鍵技術之一。

非晶合金干式變壓器是用新型導磁材料(非晶合金)制作鐵心的新型節(jié)能變壓器，它的空載損耗比用硅鋼片作為鐵心的變壓器下降70%以上，空載電流下降80%左右，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器。

3 運行成本分析

3.1 常規(guī)S11 油變與SBH15 非晶變的基本性能參數(shù)（國家標準）

以1 600 容量為例，S11 油變參數(shù):空載損耗Po=2.4 kW，負載損耗Pk=14.5 kW，空載電流Io=0.8%，短路阻抗Uk=4.5%；SBH15 非晶變參數(shù): 空載損耗Po=0.63 kW，負載損耗Pk=14.5 kW，空載電流Io=0.2%，短路阻抗Uk=4.5%。

注:以上數(shù)據(jù)引用自GB/T 6451—2008《油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求》、GB/T 25446—2010《油浸式非晶合金鐵心配電變壓器技術參數(shù)和要求》。

3.2 變壓器運行成本分析

變壓器運行一年的電費:

Cy={8 600×[Po+（0.05×Io×Sn）÷100]+2 200×[Pk+（0.05×Uk×Sn）÷100]}×1

上式中，Cy 為變壓器運行一年耗電費用（元）；Po 為空載損耗（kW）；Pk 為負載損耗（kW）；Sn 為額定容量（kVA）；Uk 為短路阻抗百分數(shù)（%）；Io 為空載電流百分數(shù)（%）；8 600、2 200 分別為變壓器全年空載、等效滿載（負載系數(shù)相當于0.5）小時數(shù)；1 為工業(yè)用電電價（元/kW·h）。

3.3 實例計算

以1 600 容量為例，S11 型油變與SBH15 型非晶變的年運行成本如下:

S11-1600/10 油變的年運行費用:

Cy1={8 600×[2.4+（0.05×0.8×1 600）÷100]+2 200×[14.5+（0.05×4.5×1 600）÷100]}×1=65 964 元。

SBH15-1600/10 非晶變的年運行費用：

Cy2={8 600×[0.63+（0.05×0.2×1 600）÷100]+2 200×[14.5+（0.05×4.5×1 600）÷100]}×1=46 614 元。

SBH15-1600 非晶變比S11-1600 油變年運行費用節(jié)省:65 964-46 614=19 350 元。

SBH15-1600 非晶變比S11-1600 油變年運行費用節(jié)省比例（%）:19 350/65 964=29.3%。

表1

從上表可以看出，SH15 型非晶合金變壓器與S11 變壓器相比:年運行成本平均降低約30%，而設備成本約高出20%，平均2 年左右就可收回溢價。變壓器的使用壽命為30 年，2 年之后的28 年中，用戶均可受益于極低的運行費用。

4 結語

非晶合金變壓器的負載損耗和空載損耗都非常低，可過載50%，與現(xiàn)在國內(nèi)普遍運行的s13 型變壓器相比，其經(jīng)濟性和耐用性都要好很多。 雖然非晶合金變壓器的成本較高，但是節(jié)能環(huán)保，以后可以節(jié)省一筆可觀的低壓設施費用；而國家也倡導使用節(jié)能型變壓器，對采購運行非晶合金變壓器也有相應的補助。 因此，非晶合金變壓器在配電市場有著廣闊的應用前景。