非晶合金變壓器發(fā)展現(xiàn)狀的調(diào)研報(bào)告

任謙

摘 要：1885年匈牙利人發(fā)明了工業(yè)實(shí)用變壓器，到今天已經(jīng)120多年了。經(jīng)過(guò)不斷的完善和發(fā)展，變壓器的容量由小到大，電壓由低到高。在此期間變壓器的基本原理和總體結(jié)構(gòu)變化不大，要說(shuō)變化，首先應(yīng)歸功于材料，包括各種絕緣材料等的變化，每一次新材料的應(yīng)用，都給變壓器帶來(lái)重大改進(jìn)，而材料變化的核心是鐵芯。鐵心用硅鋼片由熱軋到冷軋，由冷軋到高導(dǎo)磁，由高導(dǎo)磁再到激光照射片。這些新材料的采用大大地縮小了變壓器的體積，同時(shí)還提高了性能指標(biāo)。比如鐵心損耗在變壓器發(fā)明之初就曾經(jīng)是困擾工程師們的一個(gè)問(wèn)題，如何提高變壓器的效率一直伴隨著其發(fā)展過(guò)程的始終。而非晶合金材料的發(fā)展將促進(jìn)變壓器鐵心結(jié)構(gòu)的變化，這又一次印證了變壓器的發(fā)展變化主要在鐵芯。

關(guān)鍵詞：非晶合金;變壓器;發(fā)展現(xiàn)狀

1非晶合金材料的發(fā)展

1934年德國(guó)人就發(fā)現(xiàn)了非晶態(tài)金屬膜，1947年美國(guó)人首次制成了非晶態(tài)金屬膜，但在當(dāng)時(shí)并沒(méi)有引起重視。直到1960年美國(guó)人采用液態(tài)金屬急冷的方法偶然得到了非晶態(tài)金屬，這被稱作第一代非晶合金。開(kāi)始美國(guó)人發(fā)明非晶合金材料更看重的是它的耐腐蝕性、強(qiáng)度和硬度等方面的特性。因?yàn)樗哪透g性比不銹鋼高一萬(wàn)多倍，他的強(qiáng)度和硬度超過(guò)了超高硬度工具鋼。應(yīng)當(dāng)說(shuō)最早人們對(duì)它的這些特性相當(dāng)感興趣。之后很多年應(yīng)用在很多領(lǐng)域，用它制成了穿甲彈、高爾夫球桿的擊球面等。

非晶合金變壓器僅是非晶合金材料的應(yīng)用領(lǐng)域之一，但目前來(lái)看非晶合金在變壓器上的應(yīng)用量將是最大的，成為主流。非晶合金變壓器的市場(chǎng)容量直接決定了非晶合金帶材的需求空間。

2 國(guó)外非晶合金變壓器的發(fā)展

自1980年美國(guó)聯(lián)信公司首次推出15kVA非晶變壓器以來(lái)，非晶配電變壓器研制工作有了很大的發(fā)展。1996年，美國(guó)通用電氣公司成功地制造出1000kVA非晶變壓器。日本緊跟美國(guó)開(kāi)發(fā)研制非晶合晶材料，并制造出各類變壓器。東京電力公司和日立電氣公司對(duì)非晶變壓器的長(zhǎng)期可靠性做了深入仔細(xì)的研究。他們從1991年起對(duì)不同容量的200臺(tái)非晶變壓器進(jìn)行了加速老化、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)載和振動(dòng)對(duì)變壓器空載特性的影響測(cè)試。說(shuō)明在30年壽命期內(nèi)，非晶變壓器空載特性是穩(wěn)定的（用10--50kVA4個(gè)不同容量各50臺(tái)單相柱上非晶變壓器）。2002年日本制造并投運(yùn)了世界最大，首臺(tái)5000kVA （22kV/3.3kV）非晶變壓器?？蛰d損耗980W，嗓聲小于58dB。

加拿大于1984年開(kāi)始生產(chǎn)了上百臺(tái)37.5--75kVA單相非晶變壓器在電網(wǎng)上使用。西班牙在1996年制造使用250-630kVA非晶變壓器。

目前，國(guó)外已生產(chǎn)出上百萬(wàn)臺(tái)非晶合金鐵心變壓器。開(kāi)發(fā)投人最大的是美國(guó)和日本。歐洲各國(guó)開(kāi)發(fā)的力度較小，全歐洲的產(chǎn)量不超過(guò)1萬(wàn)臺(tái)。其中德國(guó)、法國(guó)等國(guó)生產(chǎn)能力較大，但英國(guó)、意大利、西班牙、愛(ài)爾蘭等國(guó)對(duì)非晶合金鐵心變壓器的需求越來(lái)越大。印度曾一次進(jìn)口3000臺(tái)三相非晶合金鐵心變壓器。

3我國(guó)非晶合金變壓器的發(fā)展動(dòng)態(tài)

非晶合金變壓器剛一問(wèn)世，人們就認(rèn)識(shí)到了其優(yōu)越性。我國(guó)的非晶合金材料的發(fā)展雖落后于美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家，但起步并不算晚，1976年就開(kāi)始了研究。目前與國(guó)外相比，科研開(kāi)發(fā)與應(yīng)用能力均接近國(guó)際先進(jìn)水平，應(yīng)當(dāng)說(shuō)發(fā)展很快，也非常受重視。而非晶合金變壓器的發(fā)展也落后不多。1994年根據(jù)三部委工作委員會(huì)關(guān)于開(kāi)發(fā)非晶合金變壓器的要求，由沈變所統(tǒng)一設(shè)計(jì)并組織天津、上海、北二變、佛山、遼陽(yáng)和保定等6個(gè)變壓器廠試制了SH11-160、200、315、500/10四種規(guī)格共4臺(tái)樣機(jī)，并于1995年8月通過(guò)國(guó)家鑒定。在這之后國(guó)內(nèi)部分廠家相繼進(jìn)行了小批量試產(chǎn)。

早期的非晶合金配電變壓器的鐵心都是外購(gòu)的制成品，鐵心的形狀和尺寸都是固定的，線圈結(jié)構(gòu)也都是設(shè)計(jì)好的，容量一般從30KVA～2000KVA，電壓等級(jí)為10KV，鐵心結(jié)構(gòu)為三相五柱。這一時(shí)期的非晶合金配電變壓器，其結(jié)構(gòu)尺寸是統(tǒng)一的，不需要生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)。但由于對(duì)非晶合金退火后脆性大，易產(chǎn)生碎屑的認(rèn)識(shí)不足，加工工藝及專用設(shè)備沒(méi)有跟上，過(guò)去只有用吸塵器吸這一種手段，造成器身裝配很困難，成品試驗(yàn)不易過(guò)關(guān)。有人說(shuō)非晶合金變壓器除了損耗低這一優(yōu)點(diǎn)外，其余全是缺點(diǎn)。與硅鋼產(chǎn)品的同容量重量比較，由于非晶產(chǎn)品的磁密低，鐵芯重量約高出30%，造成總成本偏高。由于用戶感覺(jué)售價(jià)較高，加之對(duì)產(chǎn)品認(rèn)識(shí)不足，這時(shí)的國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)積極性并不高。

在經(jīng)歷了一波三折的發(fā)展過(guò)程后，上海置信公司1998年引進(jìn)美國(guó)GE公司的非晶合金變壓器的制造技術(shù)，以獨(dú)特的眼光經(jīng)過(guò)堅(jiān)持迎來(lái)了發(fā)展期。迅速擴(kuò)張收購(gòu)了5家國(guó)內(nèi)變壓器廠。置信電氣的非晶合金變壓器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率超過(guò)80%。已成為全球最大的專業(yè)化非晶合金變壓器生產(chǎn)企業(yè)。

4存在問(wèn)題

國(guó)內(nèi)非晶合金變壓器的技術(shù)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題：

國(guó)內(nèi)對(duì)非晶合金變壓器的看法始終存在各種爭(zhēng)議，制造廠的主要觀點(diǎn)是將來(lái)的發(fā)展還不確定，他們的理由是當(dāng)初也被認(rèn)為技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)優(yōu)良的卷鐵芯變壓器，推廣了一段時(shí)間就銷聲匿跡了，造成當(dāng)初投資的退火爐、繞線機(jī)等閑置甚至報(bào)廢，這使得相當(dāng)一些廠家印象深刻心有余悸。因此大批廠家都在觀望中。

再有，用戶在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，變壓器移動(dòng)后空載損耗有變化。這種情況的存在，在今天看原因就是結(jié)構(gòu)不合理，裝配時(shí)鐵心受力造成的。非晶鐵心與變壓器廠內(nèi)所使用的各種原材料，包括組配件相比，僅從外包裝上我們就可以看出它的嬌嫩。還有一點(diǎn)就是非晶產(chǎn)品的維修比較麻煩。總的來(lái)看，出現(xiàn)的問(wèn)題歸根結(jié)底是人們當(dāng)初對(duì)非晶合金的特點(diǎn)認(rèn)識(shí)不夠。因此，盡管前幾年也在推廣但力度不大，收效甚小。

我國(guó)的非晶合金變壓器的推廣普及，幾乎是與安泰科技的非晶合金帶材產(chǎn)量同步，與國(guó)家的節(jié)能減排政策力度密切相關(guān)。從全世界來(lái)看非晶合金的總產(chǎn)量，約為12萬(wàn)噸。日立公司目前年產(chǎn)量約為10萬(wàn)噸。中國(guó)消耗了其中的一半還多。安泰科技目前年產(chǎn)能為4萬(wàn)噸，但成品率約為2萬(wàn)噸，已啟動(dòng)擴(kuò)大產(chǎn)能項(xiàng)目，最終達(dá)到10萬(wàn)噸的目標(biāo)。由于門檻較高國(guó)內(nèi)眾多其他鋼廠一時(shí)難以生產(chǎn)。在安泰科技沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化之前，進(jìn)口非晶帶材一直壟斷中國(guó)非晶帶材市場(chǎng)，安泰科技出現(xiàn)以后，逐漸提高市場(chǎng)份額，帶來(lái)的直接效果是非晶帶材的價(jià)格已經(jīng)降低了近三分之一，否則，將出現(xiàn)整個(gè)非晶合金變壓器行業(yè)將集體為日立金屬打工的局面。目前的價(jià)格已經(jīng)有利于推廣，另一點(diǎn)是成熟度的提高，使得成本也在降低。非晶合金變壓器的價(jià)格也已經(jīng)趨近于S11、S13硅鋼配電變壓器。隨著國(guó)家對(duì)損耗的要求越來(lái)越高，更新?lián)Q代頻繁，造成成本的增加，而目前看來(lái)，在10～15年內(nèi)還沒(méi)有一個(gè)材料能夠去替代非晶帶材。

隨著非晶合金變壓器的需求強(qiáng)勁，以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，相信非晶合金變壓器也會(huì)像S11、S13產(chǎn)品一樣，被大家研究的比較透徹。并最終體現(xiàn)在成本降低、質(zhì)量可靠、加工方便上。

5結(jié)束語(yǔ)

二十多年前就有很多專家預(yù)言非晶合金變壓器會(huì)取得大的發(fā)展。今天國(guó)內(nèi)6300kVA、35kV非晶合金變壓器已在沈陽(yáng)通過(guò)含突發(fā)短路在內(nèi)的所有試驗(yàn)。并拓展到非晶合金干式變壓器、電抗器、互感器、電機(jī)等等。日本現(xiàn)已推出了高導(dǎo)磁非晶，SA1及 HB1 HB1的飽和磁通密度比SA1提高了5%的新產(chǎn)品。這又將使非晶產(chǎn)品跨上一個(gè)新的臺(tái)階。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮文勝.非晶合金變壓器的發(fā)展前景[J].廣東電力，2001（03）：10-13.

[2]劉道生.我國(guó)非晶合金變壓器技術(shù)調(diào)研分析報(bào)告[J].電氣制造，2012（2）：30-35.