銅和硅鋼片價格的變化對變壓器成本及設計方案的影響

楊穎，王曉帆

（特變電工沈陽變壓器集團有限公司，遼寧 沈陽 110144）

0 引言

銅和硅鋼片作為電力變壓器最主要的原材料，近年來價格波動頻繁，2016年銅的價格約38000元/噸，2018年價格飆升至約50000元/噸，2020年價格降至約47000元/噸，2018年硅鋼片的價格由2016年的18000元/噸一路降低至13000/噸，在2020年又升至15000元/噸。其劇烈的價格波動對變壓器總成本造成極大的影響。對于變壓器生產廠家來說，面對原材料價格的巨大波動如果不及時做出反應，可能給產品成本帶來損失。所以定性和定量分析總結其價格波動對變壓器成本和設計方案的影響就顯得尤為重要。我們通過對幾個不同型號不同容量的產品的定量計算，找到了銅和硅鋼片價格變化與銅、硅鋼片重量比之間的關系，以及對產品鐵心直徑和電抗高度影響的變化規律。提供給設計人員用于產品設計方案的定性分析和定量對比[1]。

1 實例計算

下面采用電磁計算程序對SZ-50000/110、SSZ-180000/220、ODFS-334000/500和DFP-380000/500四種型號的產品進行優化計算，在相同技術參數的條件下改變銅、硅鋼片的價格比例，找到產品優化設計方案的變化規律。

1.1 SZ-50000/110

先將銅價固定為46800元/噸，調整硅鋼片價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算。得到鐵心直徑、電抗高度、銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢，如圖1所示。

圖1 固定銅價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

表1 產品參數

將硅鋼片價固定為15000元/噸，調整銅價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算，得到了鐵心直徑、電抗高度、銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢，如圖2所示。

圖2 固定硅鋼片價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

由圖1和圖2中的數據趨勢可以看出：

（1）不論是固定了銅價還是硅鋼片價格，得到了鐵心直徑、電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢基本相同，即鐵心直徑隨銅硅鋼片價格比的增大而增大；電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的增大而減小。

（2）由于受到阻抗、損耗等變壓器基本性能參數的限制，銅、硅鋼片價格比在1.5：1到3：1之間時，產品的最優方案基本相同，當銅、硅鋼片價格比變化較大時，產品的最優方案變化顯著[2]。

1.2 SSZ-180000/220

先將銅價固定為46800元/噸，調整硅鋼片價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算，得到了鐵心直徑、電抗高度、銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢，如圖3所示。

表2 產品參數

圖3 固定銅價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

將硅鋼片價固定為15000元/噸，調整銅價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算，得到了鐵心直徑、電抗高度、銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢，如圖4所示。

圖4 固定硅鋼片價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

由圖3和4中的數據趨勢可以看出：

（1）不論是固定了銅價還是硅鋼片價格，得到了鐵心直徑、電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅硅鋼片價格比的變化趨勢基本相同，即鐵心直徑隨銅、硅鋼片價格比的增大而增大；電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的增大而減小。

（2）對于三圈變壓器除了受空、負載損耗的制約還受三個阻抗的共同約束，因此產品的最優方案的可選范圍更為有限。由于受到阻抗、損耗等變壓器基本性能參數的限制，銅、硅鋼片價格比在1.5：1到3：1之間時，產品的最優方案基本相同，當銅、硅鋼片價格比變化較大時，產品的最優方案變化也不顯著[3]。

1.3 ODFS-334000/500

表3 產品參數

先將銅價固定為46800元/噸，調整硅鋼片價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算，得到了銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化，如圖2.3.1所示。

將硅鋼片價固定為15000元/噸，調整銅價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算得到了銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化，如圖6所示。

圖6 固定硅鋼片價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

由圖5和6中的數據趨勢可以看出：

圖5 固定銅價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

（1）不論是固定了銅價還是硅鋼片價格，得到了鐵心直徑、電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅硅鋼片價格比的變化趨勢基本相同，即鐵心直徑隨銅、硅鋼片價格比的增大而增大；電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的增大而減小。

（2）對于大容量的自耦變壓器不僅空、負載損耗的要求比較嚴格，還受三個阻抗的共同約束，因此產品的最優方案的可選范圍更為有限。價格本身對產品的最優方案并無明顯影響，但銅、硅鋼片價格比對產品的最優方案還是有一定的影響。當銅、硅鋼片價格比在1：1到2：1之間時，產品的最優方案基本相同，當銅、硅鋼片價格比變化在2：1到4：1之間時，產品的最優方案基本相同[4]。

1.4 DFP-380000/500

表4 產品參數

單相發電機變壓器存在高低結構和高低高結構兩種，通常受銅、硅鋼片價格波動的影響，分別計算兩種結構在不同材料價格時的變化情況。

先將銅價固定為46800元/噸，調整硅鋼片價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算，得到了銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化，如圖7所示。

圖7 固定銅價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

將硅鋼片價固定為15000元/噸，調整銅價格，分別對不同價格下的產品進行成本優化計算得到了銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的變化，如圖8所示。

圖8 固定硅鋼片價產品設計方案隨銅、硅鋼片價格比的變化趨勢

由圖7、8中的數據趨勢可以看出：

（1）對于大容量的發電機變壓器，效率（即損耗）成為約束產品設計方案的主要性能指標，因此發電機變壓器的優化設計方案銅、硅鋼片價格比的變化非常小。

（2）對于高低和高低高兩種發電機變壓器結構比較，高低結構：鐵心直徑大、電抗高度高、空載損耗大、負載損耗小；而高低高結構：鐵心直徑小、電抗高度低、空載損耗小、負載損耗大。

（3）由于受到絕緣要求的影響，高低高結構的電抗高度不能過小，因此在硅鋼片價格不是特別高（4萬/噸）的時候，高低結構的成本優勢還是比較明顯的。

2 計算方案分析

不論是固定了銅價還是硅鋼片價格，得到了鐵心直徑、電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅硅鋼片價格比的變化趨勢基本相同，即鐵心直徑隨銅、硅鋼片價格比的增大而增大；電抗高度和銅、硅鋼片重量比隨銅、硅鋼片價格比的增大而減小。

由于受到阻抗、損耗等變壓器基本性能參數的限制，對于小容量的產品銅、硅鋼片價格比在1.5：1到3：1之間時，產品的最優方案基本相同；對于單相大容量的產品，當銅、硅鋼片價格比在1：1到2：1之間時，產品的最優方案基本相同，當銅、硅鋼片價格比變化在2：1到4：1之間時，產品的最優方案基本相同。當受到性能參數的限制約嚴格，產品的最優方案變化越小[5]。

對于大容量的發電機變壓器，選擇高低結構還是高低高結構首先要看產品性能參數的要求，其次再看銅、硅鋼片價格比。當硅鋼片價格不是特別高（4萬/噸以上）的時候，高低結構的成本優勢還是比較明顯的。

3 結語

銅、硅鋼片重量比與價格比之間存在著一定的聯系，此次分析可以用來對產品投標的管控。在成本優化計算方面除了考慮了銅、硅鋼片價格對變壓器的影響，也考慮了其他關鍵材料價格在成本方面對變壓器的影響，如鋼板、變壓器油、絕緣件、磁屏蔽等。因此，采用此分析設計變壓器產品方案和用戶要求在成本優化方面計算的準確率更高，降低產品成本。