非晶合金變壓器應(yīng)用

【摘要】變壓器損耗由空載損耗和負(fù)載損耗組成，采用非晶合金材料后，可大幅降低變壓器空載損耗，節(jié)約電能。非晶合金變壓器也是國家電網(wǎng)公司重點推廣的新技術(shù)。目前非晶合金變壓器價格較高，阻礙了其推廣應(yīng)用。而變壓器在其壽命周期內(nèi)減小空載損耗所節(jié)省的費用，可以補(bǔ)償非晶合金變壓器的價格差價，且具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】空載損耗；壽命周期

1、概述

近年來，國網(wǎng)公司持續(xù)推行“兩型一化”與“全壽命周期”建設(shè)理念，變電站設(shè)計與建設(shè)不斷向資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、工業(yè)化、智能化方向發(fā)展。新技術(shù)、新設(shè)備、新材料不斷得到應(yīng)用與推廣，推動了變電站節(jié)能減排的發(fā)展。

非晶合金變壓器是用非晶合金制作鐵芯的變壓器。非晶合金材料的金屬原子排列呈無序非晶狀態(tài)，它的去磁與被磁化過程極易完成，較硅鋼材料鐵芯損耗降低，達(dá)到高效節(jié)能效果。

由于非晶合金變壓器價格比同級別傳統(tǒng)產(chǎn)品高出20%～30%左右，所以在變電站中推廣還有一定難度。但是從長期運(yùn)行來看，非晶合金變壓器節(jié)能效果非常明顯。一次性購置非晶合金站用變壓器額外投資部分，可以在數(shù)年內(nèi)通過非晶合金變壓器降低損耗節(jié)約運(yùn)行成本收回。

2、非晶合金變壓器特性

2.1非晶合金變壓器工藝結(jié)構(gòu)

非晶合金是將鐵、硼、硅、鎳、鈷和碳等為主的材料熔化后，在液態(tài)下迅速冷卻，從鋼液到金屬薄片一次成型，其固態(tài)合金沒有晶格或晶界存在，即非晶態(tài)合金，也稱作非晶合金。非晶合金材料生產(chǎn)工藝流程非晶合金分為鐵基非晶合金、鐵鎳基非晶合金和鈷基非晶合金三大類，厚度僅為0.03mm，硬度大，剪切困難，寬度最大僅為210mm 左右，設(shè)計成卷鐵芯結(jié)構(gòu)必須在磁場條件下退貨，壓力敏感性大，鐵芯與繞組之間要有各自的機(jī)械支撐系統(tǒng)。

非晶合金變壓器由四個單獨鐵芯框在同一平面內(nèi)組成三相五柱式，必須經(jīng)退火處理，并帶有交叉鐵軛接縫，截面形狀呈長方形。繞組為單獨繞制成型的，雙層或多層矩形層式。油箱為全密封免維護(hù)的波紋結(jié)構(gòu)。

非晶合金鐵芯變壓器的最大優(yōu)點是，空載損耗值很低。在實際的設(shè)計和生產(chǎn)過程中，采用的設(shè)計方案和工藝技術(shù)，會在很大程度上決定變壓器在應(yīng)用中的性能表現(xiàn)。

1）由于非晶合金材料的飽和磁密較低，在產(chǎn)品設(shè)計時，額定磁通密度不宜選得太高，通常選取1.3～1.35T磁通密度便可獲得較好的空載損耗值；

2）非晶合金材料的單片厚僅為0.03mm，所以其疊片系數(shù)也只能達(dá)到82%～86%；

3）為了使用戶能獲得免維護(hù)或少維護(hù)的好處，現(xiàn)把非晶合金變壓器的產(chǎn)品，都設(shè)計成全密封式結(jié)構(gòu)；

4）非晶合金片材料的硬度很高，用常規(guī)工具是難以剪切的，所以設(shè)計時應(yīng)考慮減少剪切量；

5）非晶合金對機(jī)械應(yīng)力非常敏感。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須避免采用以鐵芯作為主承重結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)計方案；

6）為了獲得優(yōu)良的低損耗特性，非晶合金鐵芯片必須進(jìn)行退火處理；

7） 非晶合金的磁致伸縮度比硅鋼片高約10%，因此不宜過度夾緊，否則將增大變壓器的噪聲。

2.2非晶合金變壓器技術(shù)性能

非晶合金變壓器一般為三相四框五柱式結(jié)構(gòu)，聯(lián)結(jié)組通常采用Dyn11，可以減少諧波對電網(wǎng)的影響，改善供電質(zhì)量。特殊需求時，也可采用三相三柱式結(jié)構(gòu)和Yyn0聯(lián)結(jié)組別。三相四框五柱式結(jié)構(gòu)不適于采用Yyn0聯(lián)結(jié)方式，原因是三相負(fù)荷不平衡時會引起嚴(yán)重的三相電壓失衡。

變壓器的損耗主要是由線圈的阻抗和變壓器的鐵心所造成的，即由線圈內(nèi)阻引起的銅損耗和由鐵心引起的鐵損耗兩部分組成。

2.2.1非晶合金變壓器銅損耗

變壓器的線圈大都是由絕緣銅線繞制而成的，由于銅導(dǎo)線存在著電阻，通過電流時就要發(fā)熱，將一部分能量消耗掉，使變壓器效率降低。非晶合金變壓器與普通硅鋼變壓器的銅損耗是一樣的，取決于制造工藝和銅材的使用。

2.2.2非晶合金變壓器鐵損耗

變壓器的鐵損耗包括兩部分，磁滯損耗和渦流損耗。當(dāng)交流電通過變壓器時，由于電流的大小和方向在不斷地變化，因而初級線圈感應(yīng)產(chǎn)生的磁力線的多少及方向也在不斷地跟著變化。磁力線變化的結(jié)果，使得鐵心內(nèi)部分子相互摩擦，放出熱量，從而損失掉一部分電能，此為磁滯損耗。

根據(jù)電磁感應(yīng)規(guī)律可知，當(dāng)變壓器線圈通過電流時，變壓器鐵心就有磁力線通過，鐵心也是導(dǎo)體，因此就在與磁力線方向垂直的鐵心平面內(nèi)，感應(yīng)出電流，由于此電流自成閉合回路形成環(huán)流，且呈旋轉(zhuǎn)狀，故稱為渦流。渦流在鐵心中流動，使鐵心發(fā)熱消耗能量，這便是渦流損失。

變壓器的渦流損耗與鐵芯材料厚度成正比，與電阻率成反比，磁滯損耗與磁滯回路所包絡(luò)的面積成正比。非晶合金帶材的厚度小，電阻率是冷軋硅鋼片的3倍左右，因此，由非晶合金制成的鐵芯，它的渦流損耗比冷扎硅鋼片制成的鐵芯要小很多。另外，非晶合金的矯頑力遠(yuǎn)小于4A/m，是冷軋硅鋼片的1/7左右，非晶合金的磁滯回線所包絡(luò)的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于冷軋鋼片，因此非晶合金的磁滯損耗比冷軋硅鋼片的小很多，其鐵芯損耗也非常低。

3、總結(jié)

站用變壓器用非晶合金材料代替硅鋼片后，其主要優(yōu)勢有：1.損耗低，節(jié)能效果明顯，2.運(yùn)行溫度低，使用壽命長；3.環(huán)保效應(yīng)強(qiáng)；4.綜合使用成本低；5.運(yùn)行穩(wěn)定、安全性能高。