非晶合金变压器的发展前景

1、非晶合金变压器的发展前景一、前言变压器在电力运输中耗损巨大，因此，加强推广高效节能的变压器是现代电网节能的重要途径。目前世界上大多数国家都在大力推行这种节能环保的变压器。而且，为了相应可持续发展的号召，做到有效保护环境，当前国家发改委已经将这种非晶合金变压器列在我国重点推行的节能产品之中。二、非晶变压器简述非晶是一种新型软磁合金材料。其原子排序的无序性使得其软磁性能兼备了各种传统软磁材料的优点，如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度、高强度、高电阻率等。当材料具有超微细晶粒结构时，则具备很高的初始磁导率、高饱和磁感、低铁损和优良的稳定性，满足了各类电子设备向高效节能、微型化、集成化方面发展的需求

2、，而且成本低廉。将此类优异性能的铁基非晶配电磁芯用于替代常规变压器中的硅钢片，即非晶合金铁芯变压器。非晶变压器磁芯的带状非晶合金薄片是经过层层堆叠和机械成型达到铁心设计的物理性状，其制造参数均经精确计算。而我们现有的一般叠绕方式是10片叠在一起形成一组，多组叠在一起形成一套，多套叠在一起再绕成一个环状，形成一个磁芯框，每一组间搭接长度为8-10mm，搭接口在铁轭处。同时在制造磁芯框时需保证所用的非晶带材宽度相同，即将磁芯截面设计为矩形，以保证磁性能优势的发挥。非晶合金变压器比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗下降80%左右，空载电流下降约85%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和

3、发展中地区等配变利用率较低的地方。三、非晶态合金的产生非晶态合金主要是以铁(Fe)、钴(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等元素按一定的配比合成,在制造的过程中，采取急速冷却的工艺，使得金属没有明显的晶格界面，形成无规则的非晶态结构，也就是“非晶合金”。最早发现非晶合金的是美国加利福尼亚大学的研究人员。1978年美国开始研制，1982年上网正式运行。由于铁磁材料具有高的磁导率，对产生同样大小的磁通所需要的安匝数是不同的。也就是产生同样的磁通，磁导率大的材料所需的安匝数小，反之所需的安匝数大。由于铁磁材料具有高的磁导率，变压器发展初期，使用普通铁片作为铁心材料。20世纪40年代，冶金企业开发

4、出冷轧取向磁性钢片，逐渐取代了热轧片。20世纪70年代后，开发出高导磁性钢片(Hi-B)，其单位损耗和励磁安匝比普通晶粒取向磁性钢片要小。20世纪80年代，又开发出磁畴细化(通过激光照射或机械压痕方法)的更低损耗的磁性钢片。非晶合金铁心是继冷轧晶粒取向硅钢片后的另一种铁心材料，其特点是空载电流和空载损耗相对取向硅钢片有很大幅度的下降。20世纪60年代中期，国外已经开始研究非晶材料，1974年发现其中铁基材料非晶合金用于制造变压器。美国GE公司最早用非晶合金制造出25kVA变压器。我国从1986年开始试制非晶合金变压器。非晶合金变压器主要分类为油浸式和干式这两种。非晶合金干式变压器包括了敞开式和

5、环氧浇注式这两种型式，其中以环氧浇注型式为最多。以为铁心结构与材料性能上的差异，环氧浇注非晶合金干式变压器在与普通环氧浇注干式变压器结构上相比存在很大的差异。非晶合金变压器一般是三相四框五柱式结构，铁心为矩形截面；高低压绕组相应做为矩形，高压绕组为线绕式、环氧树脂浇注的结构，低压绕组一般为箔绕式。非晶合金干式变压器传承了传统干式变压器的阻燃、难燃、免维护和可靠性高等优点，成为一种新型损耗低的干变。若能从技术上解决其噪声、受力及成本问题，凭借非晶合金干式变压器良好的经济性和节能性，非晶合金干式变压器将会有广阔的应用前景。四、非晶合金变压器设计选取非晶合金变压器时，主要是通过降低变压器的空载损耗来

6、实现节能的，所以在非晶合金变压器设计当中最应考虑的问题就是降低其空载的损耗。在布置非晶合金变压器结构位置的时候，首先需要考虑外力的作用，其次是选取合理的特性合金参数。并且，非晶合金在设计的过程中还需要遵循以下几个方面的要求：一是将非晶合金变压器设计改造成为全密封式的结构来使用，这是为了减少后期对变压器的维护，也称为“变向”保护变压器。二是非晶合金材料的单片厚度为0.03mni而叠片的系数由于受到厚度的影响，也只能达到84%、85%左右。三是考虑到非晶合金材料饱和磁密相对偏低的特性，因此在额定的磁通密度的选取中，一般只能选择1.31.5T之间的密度，不能够使用额定较高的磁通密度，如此，才能符合对

7、空载损耗值的理想选择。通过对非晶合金材料的研究，笔者得出非晶合金材料具有很突出的导磁性，所以选择其来作为变压器的铁芯材料使用，能够有效地降低变压器的损耗值。考虑到非晶合金本身有很多方面的特性，所以在非晶合金材料的设计与制造的环节中，需要从以下几个方面对于其进行考虑：（1）为了减少铁芯片的剪切量，整台产品的铁芯由四个单独的铁心框并列组成，并且每相绕组是套在磁路独立的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外，还有三次谐波磁通的存在，一个绕组中的两个卷铁芯框内，其三次谐波磁通正好在相位上相反，数值上相等，因此，每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零。如一次侧是D接法，有三次谐波电流的回路，当在感应出的二次侧

8、电压波形上，就不会有三次谐波电压的分量。（2）考虑到每一片非晶合金厚度较薄，并且非晶合金材料表面不够平滑，所以对于其变压器使用的贴芯的填充没有较高的要求。（3）本身来说，非晶合金材料具有很好的低损耗的性能，但是通过了退火处理之后，非晶合金材料的低损耗特性将会更加的优良。（4）非晶合金材料具有超高的硬度，所以一般常用的工具都不能够将其轻松的剪切下来，所以在对非晶合金材料进行设计的时候，需要尽量的避免剪切度。（5）对于机械应力来说，非晶合金材料非常的敏感，所以在设计其结构的时候，其承重结构件的选择上，尽量不要使用铁芯。通过上面设计中对于非晶合金材料的分析来看，其结构最合理的选择为：经过退火处理之后

9、的铁芯，然后在同一平面内由四个单独存在的铁芯框组成三相五柱式，并带有交叉铁轭接缝，其截面为长方形，油箱为全密封免维护的波纹结构。绕组，为长方形截面，可单独绕制成型的，双层或多层矩形层式。五、非晶合金变压器性能和使用效果与新型的S9配电变压器比较来看，非晶合金铁芯损耗值较低，而新型S9变压器一般是选择的冷轧硅钢片来作用导磁材料，其磁通密度在1.65T到1.75T之间，相比非合金的饱和磁密度，S9的密度偏高，这也是变压器选取非晶合金铁芯的原因，也是其损耗低的原因。将三相非品合金铁心配电变压器与新型的S9配电变压器相比，在每一年中节约的电量也在一个客观的数值范围内。例如800kVA为例，APO为1.

10、05kW;两种型式配电变压器的负载损耗值是一样的，那么Pk=Q通过这样就能够计算出一台变压器每年能够减少的电能损耗的计算结果是：Ws=8760(1.05+0.62X0)=9198kW?h通过以上计算的公式来看，三相非晶合金铁芯配电变压器具有很明显的节能优势。并且，由于其油箱采用的是全封闭式的结构，变压器内部的油完全的与外界的空气相隔绝，这样组织了油的氧化，最终达到了增加变压器寿命的目标。在山西省汾阳市的农村低压电网的改造当中，逐渐地将S7以及部分的S9系列的变压器替换成新型的非晶合金变压器，从而有效地降低了线损值。六、非晶合金变压器在全球的应用当前美国有以CE公司为代表的9家以上的企业生产非品

11、合金变压器，每年的非晶合金变压器生产能力已超过30万台。相对于同容量硅钢片配电变压器而言，非晶合金变压器的空载损耗比下降了60%以上。美国政府推出一系列能源方面的计划和措施来推广非晶合金变压器。美国在非晶合金变压器的应用和生产上都领先世界。欧洲方面瑞士ABB公司，英国CET-M尔斯通公司，西班牙Bilbao-ABBTrofodldSA公司，日本的大阪变压器厂、日立公司、东芝公司、高岳制作所、爱知电机公司等以及东南亚等区域都在大力生产并广泛应用。3、非晶合金变压器在我国的发展在我国有关非晶合金变压器的研发制造工作开始于“七五”期间。1986年5月，上海钢铁研究所与宁波变压器厂合作，用该所研制的非

12、金合晶带材试制出国内第一台单相3kVA非金合晶变压器。在1988年9月，上海钢铁研究所与上海冶金设备厂，上海硅钢片厂合作采用传统叠片式结构成功研制100kVA三相非晶配电变压器。而在1989年8月，上海钢铁研究所与洛阳变压器厂试制出三相30kVA卷绕式非晶铁芯配电变压器。1991年至1995年，上海冶金设备总厂采用钢研总院生产的铁基非晶带材，试制出多台20kVA、30kVA、50kVA、100kVA三相卷绕式非晶配电变压器。经过对运行中测试的数据和参数分析，证实节能效果显著，运行稳定、可靠；具有温升低，抗过载能力强的特点。1995年8月，天津、上海、北二变、佛山、辽阳和保定等六个变压器厂，试制

13、出SHll160、200、315、500kVA四种规格共六台样机，并通过国家鉴定。1998年2月，上海置信公司引进美国GE公司的非晶变压器制造技术和非晶变压器生产线正式签约，成为国内唯一既能制造非晶合金变压器铁心又能生产非晶变压器的企业。中机联供于2006年2月10日投产3000t产能的非晶配电变压器铁心生产线，成为我国继置信电气之后能够规模化生产非晶铁心的企业。在配电网和新能源领域，预计末来10年非晶合金变压器的总需求量将达12.7亿kVA,按每台315kVA计算约403台，市场规模达1613亿元。而09年非晶合金变压器市场规模才约17亿元，可以预见未来非晶合金变压器市场空间巨大，前景广阔。

14、从2000年开始国内已可以批量生产非晶合金变压器了，但国家电网一直没有大力推广，主要是考虑上游原材料（即非晶合金带材）供给不足，价格高；而且行业的垄断利润是被外资企业获取。目前我国安泰科技公司的非晶合金带材已量产成功，产能四万吨每年，打破了外资企业在我国的垄断地位。因外资企业的产能释放，非晶合金带材的供给瓶颈以及核心技术被国外垄断的问题都将解决，这大大有利于推广非晶合金变压器。此外，我国2004年、2006年、2010年先后出台了一些政策法规及强制性国家标准，加强节能减排工作，也使各省市政府职能部门及电力企业充分认识到加强节能减排工作的重要性和紧迫性，加强了高效节能变压器的推广力度。非晶合金变

15、压器属高新技术，绿色环保节能产品，国家已将非晶变列为“十一.五”期间重点推广项目。七、非晶合金变压器的改善在未来前景中，还有如下几方面问题有待解决：1、扩大与稳定目前，我国的非晶合金材料需要进一步扩大，并且保持在一个稳定的状态。虽然在现阶段，我国的材料已经步入了规模化声场的环节当中，但是其性能仍然不够完善，存在不稳定的因素。例如：在目前国内生产的非晶合金材料只存在142mk个规格宽度，但是如果采用进口的材料则多了170mmz及213m硒种材料的选择。随着使用变压器用户技术的不断攀升，也就要求了生产变压器的厂家能够生产出更多宽度的材料，这种对生产变压器的厂家带来了新的任务以及挑战，这样就需要我国的变压器尽快的进行改进，尽快开发出更多能够满足需要的变压器产品出来。2、降低非晶合金变压器的制造成本虽然非晶变压器具有高效、节能等方面的优势，但是相比传统硅钢片变压器生产来说，非晶合金变压器的制造成本仍然很高，这也成为了电力用户使用单位的一块心病。因此，从非晶原材料的生产、非晶合金铁芯的生产到非晶合金变压器的制造这整个产业链中，只有有效地控制好产业链中各个生产环节的合金制造成本，才能够有望降低非晶合金变压器的制造使用成本