非晶合金變壓器的發(fā)展及應(yīng)用

【摘 要】介紹了非晶合金的產(chǎn)生，非晶合金變壓器在我國的發(fā)展及在全球的應(yīng)用，探討了非晶合金變壓器在應(yīng)用中的優(yōu)勢。

【關(guān)鍵詞】非晶合金變壓器；應(yīng)用前景；特點

變壓器是輸變電中的損耗大戶，在配電網(wǎng)損耗中變壓器損耗約占30%～60%，其中空載損耗約占變壓器損耗的50%～80%，因此推廣高效節(jié)能的變壓器是電網(wǎng)節(jié)能的重要途徑。非晶合金變壓器是用非晶合金材料代替硅鋼片制造變壓器。非晶變壓器有超低的鐵損，其鐵損比常規(guī)干式變壓器平均低75%~80%。同時有超高的效率特性，損耗低，省能源，發(fā)電廠排放的SO2、CO2廢氣可大大減少，降低環(huán)境污染，對環(huán)境保護及降低溫室效應(yīng)有很大的益處。非晶變壓器損耗低，產(chǎn)生熱量少，溫升上升緩慢，故變壓器整體溫度低絕緣裂化緩慢，可靠性高，變壓器壽命長。因此，非晶合金變壓器是一種高效節(jié)能的變壓器，世界主要國家都在大力推廣這種節(jié)能環(huán)保型變壓器。為滿足社會可持續(xù)發(fā)展及保護生態(tài)環(huán)境的需要，當(dāng)前我國國家發(fā)改委已經(jīng)將非晶合金變壓器列在我國重點推廣的節(jié)能產(chǎn)品之中。

1、非晶態(tài)合金的產(chǎn)生

非晶態(tài)合金主要是以鐵(Fe)、鈷(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等元素按一定的配比合成，在制造的過程中，采取急速冷卻的工藝，使得金屬沒有明顯的晶格界面，形成無規(guī)則的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)，也就是“非晶合金”。最早發(fā)現(xiàn)非晶合金的是美國加利福尼亞大學(xué)的研究人員。1978年美國開始研制，1982年上網(wǎng)正式運行。

由于鐵磁材料具有高的磁導(dǎo)率，對產(chǎn)生同樣大小的磁通所需要的安匝數(shù)是不同的。也就是產(chǎn)生同樣的磁通，磁導(dǎo)率大的材料所需的安匝數(shù)小，反之所需的安匝數(shù)大。由于鐵磁材料具有高的磁導(dǎo)率，變壓器發(fā)展初期，使用普通鐵片作為鐵心材料。20世紀(jì)40年代，冶金企業(yè)開發(fā)出冷軋取向磁性鋼片，逐漸取代了熱軋片。20世紀(jì)70年代后，開發(fā)出高導(dǎo)磁性鋼片（Hi-B），其單位損耗和勵磁安匝比普通晶粒取向磁性鋼片要小。20世紀(jì)80年代，又開發(fā)出磁疇細(xì)化（通過激光照射或機械壓痕方法）的更低損耗的磁性鋼片。

非晶合金鐵心是繼冷軋晶粒取向硅鋼片后的另一種鐵心材料，其特點是空載電流和空載損耗相對取向硅鋼片有很大幅度的下降。20世紀(jì)60年代中期，國外已經(jīng)開始研究非晶材料，1974年發(fā)現(xiàn)其中鐵基材料非晶合金用于制造變壓器。美國GE公司最早用非晶合金制造出25kVA變壓器。我國從1986年開始試制非晶合金變壓器。

非晶合金變壓器主要分類為油浸式和干式這兩種。非晶合金干式變壓器包括了敞開式和環(huán)氧澆注式這兩種型式，其中以環(huán)氧澆注型式為最多。以為鐵心結(jié)構(gòu)與材料性能上的差異，環(huán)氧澆注非晶合金干式變壓器在與普通環(huán)氧澆注干式變壓器結(jié)構(gòu)上相比存在很大的差異。非晶合金變壓器一般是三相四框五柱式結(jié)構(gòu)，鐵心為矩形截面；高低壓繞組相應(yīng)做為矩形，高壓繞組為線繞式、環(huán)氧樹脂澆注的結(jié)構(gòu)，低壓繞組一般為箔繞式。非晶合金干式變壓器傳承了傳統(tǒng)干式變壓器的阻燃、難燃、免維護和可靠性高等優(yōu)點，成為一種新型損耗低的干變。若能從技術(shù)上解決其噪聲、受力及成本問題，憑借非晶合金干式變壓器良好的經(jīng)濟性和節(jié)能性，非晶合金干式變壓器將會有廣闊的應(yīng)用前景。

2、非晶合金變壓器在全球的應(yīng)用

當(dāng)前美國有以CE公司為代表的9家以上的企業(yè)生產(chǎn)非晶合金變壓器，每年的非晶合金變壓器生產(chǎn)能力已超過30萬臺。相對于同容量硅鋼片配電變壓器而言，非晶合金變壓器的空載損耗比下降了60%以上。美國政府推出一系列能源方面的計劃和措施來推廣非晶合金變壓器。美國在非晶合金變壓器的應(yīng)用和生產(chǎn)上都領(lǐng)先世界。歐洲方面瑞士ABB公司，英國CET-阿爾斯通公司，西班牙Bilbao-ABB Trofodld SA公司，日本的大阪變壓器廠、日立公司、東芝公司、高岳制作所、愛知電機公司等以及東南亞等區(qū)域都在大力生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用。

3、非晶合金變壓器在我國的發(fā)展

在我國有關(guān)非晶合金變壓器的研發(fā)制造工作開始于“七五”期間。1986年5月，上海鋼鐵研究所與寧波變壓器廠合作，用該所研制的非金合晶帶材試制出國內(nèi)第一臺單相3kVA非金合晶變壓器。在1988年9月，上海鋼鐵研究所與上海冶金設(shè)備廠，上海硅鋼片廠合作采用傳統(tǒng)疊片式結(jié)構(gòu)成功研制100kVA三相非晶配電變壓器。而在1989年8月，上海鋼鐵研究所與洛陽變壓器廠試制出三相30kVA卷繞式非晶鐵芯配電變壓器。1991年至1995年，上海冶金設(shè)備總廠采用鋼研總院生產(chǎn)的鐵基非晶帶材，試制出多臺20kVA、30kVA、50kVA、100kVA三相卷繞式非晶配電變壓器。經(jīng)過對運行中測試的數(shù)據(jù)和參數(shù)分析，證實節(jié)能效果顯著，運行穩(wěn)定、可靠；具有溫升低，抗過載能力強的特點。1995年8月，天津、上海、北二變、佛山、遼陽和保定等六個變壓器廠，試制出SHll—160、200、315、500kVA四種規(guī)格共六臺樣機，并通過國家鑒定。1998年2月，上海置信公司引進美國GE公司的非晶變壓器制造技術(shù)和非晶變壓器生產(chǎn)線正式簽約，成為國內(nèi)唯一既能制造非晶合金變壓器鐵心又能生產(chǎn)非晶變壓器的企業(yè)。中機聯(lián)供于2006年2月10日投產(chǎn)3000t產(chǎn)能的非晶配電變壓器鐵心生產(chǎn)線，成為我國繼置信電氣之后能夠規(guī)?；a(chǎn)非晶鐵心的企業(yè)。

在配電網(wǎng)和新能源領(lǐng)域，預(yù)計末來10年非晶合金變壓器的總需求量將達12.7億kVA，按每臺315kVA計算約403臺，市場規(guī)模達1613億元。而09年非晶合金變壓器市場規(guī)模才約17億元，可以預(yù)見未來非晶合金變壓器市場空間巨大，前景廣闊。從2000年開始國內(nèi)已可以批量生產(chǎn)非晶合金變壓器了，但國家電網(wǎng)一直沒有大力推廣，主要是考慮上游原材料（即非晶合金帶材）供給不足，價格高；而且行業(yè)的壟斷利潤是被外資企業(yè)獲取。目前我國安泰科技公司的非晶合金帶材已量產(chǎn)成功，產(chǎn)能四萬噸每年，打破了外資企業(yè)在我國的壟斷地位。因外資企業(yè)的產(chǎn)能釋放，非晶合金帶材的供給瓶頸以及核心技術(shù)被國外壟斷的問題都將解決，這大大有利于推廣非晶合金變壓器。此外，我國2004年、2006年、2010年先后出臺了一些政策法規(guī)及強制性國家標(biāo)準(zhǔn)，加強節(jié)能減排工作，也使各省市政府職能部門及電力企業(yè)充分認(rèn)識到加強節(jié)能減排工作的重要性和緊迫性，加強了高效節(jié)能變壓器的推廣力度。非晶合金變壓器屬高新技術(shù)，綠色環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品，國家已將非晶變列為“十一.五”期間重點推廣項目。

4、結(jié)論

非晶合金變壓器有著良好的經(jīng)濟性和節(jié)能性，目前全球大多數(shù)國家都在生產(chǎn)和推廣非晶合金變壓器，是未來的主流方向。參考文獻

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