1、非晶合金變壓器的發展前景一、前言變壓器在電力運輸中耗損巨大，因此，加強推廣高效節能的變壓器是現代電網節能的重要途徑。目前世界上大多數國家都在大力推行這種節能環保的變壓器。而且，為了相應可持續發展的號召，做到有效保護環境，當前國家發改委已經將這種非晶合金變壓器列在我國重點推行的節能產品之中。二、非晶變壓器簡述非晶是一種新型軟磁合金材料。其原子排序的無序性使得其軟磁性能兼備了各種傳統軟磁材料的優點，如優異的磁性、耐蝕性、耐磨性、高硬度、高強度、高電阻率等。當材料具有超微細晶粒結構時，則具備很高的初始磁導率、高飽和磁感、低鐵損和優良的穩定性，滿足了各類電子設備向高效節能、微型化、集成化方面發展的需求

2、，而且成本低廉。將此類優異性能的鐵基非晶配電磁芯用于替代常規變壓器中的硅鋼片，即非晶合金鐵芯變壓器。非晶變壓器磁芯的帶狀非晶合金薄片是經過層層堆疊和機械成型達到鐵心設計的物理性狀，其制造參數均經精確計算。而我們現有的一般疊繞方式是10片疊在一起形成一組，多組疊在一起形成一套，多套疊在一起再繞成一個環狀，形成一個磁芯框，每一組間搭接長度為8-10mm，搭接口在鐵軛處。同時在制造磁芯框時需保證所用的非晶帶材寬度相同，即將磁芯截面設計為矩形，以保證磁性能優勢的發揮。非晶合金變壓器比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗下降80%左右，空載電流下降約85%，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農村電網和

3、發展中地區等配變利用率較低的地方。三、非晶態合金的產生非晶態合金主要是以鐵(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，形成無規則的非晶態結構，也就是“非晶合金”。最早發現非晶合金的是美國加利福尼亞大學的研究人員。1978年美國開始研制，1982年上網正式運行。由于鐵磁材料具有高的磁導率，對產生同樣大小的磁通所需要的安匝數是不同的。也就是產生同樣的磁通，磁導率大的材料所需的安匝數小，反之所需的安匝數大。由于鐵磁材料具有高的磁導率，變壓器發展初期，使用普通鐵片作為鐵心材料。20世紀40年代，冶金企業開發

4、出冷軋取向磁性鋼片，逐漸取代了熱軋片。20世紀70年代后，開發出高導磁性鋼片(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80年代，又開發出磁疇細化(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60年代中期，國外已經開始研究非晶材料，1974年發現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

5、環氧澆注式這兩種型式，其中以環氧澆注型式為最多。以為鐵心結構與材料性能上的差異，環氧澆注非晶合金干式變壓器在與普通環氧澆注干式變壓器結構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構，鐵心為矩形截面；高低壓繞組相應做為矩形，高壓繞組為線繞式、環氧樹脂澆注的結構，低壓繞組一般為箔繞式。非晶合金干式變壓器傳承了傳統干式變壓器的阻燃、難燃、免維護和可靠性高等優點，成為一種新型損耗低的干變。若能從技術上解決其噪聲、受力及成本問題，憑借非晶合金干式變壓器良好的經濟性和節能性，非晶合金干式變壓器將會有廣闊的應用前景。四、非晶合金變壓器設計選取非晶合金變壓器時，主要是通過降低變壓器的空載損耗來

6、實現節能的，所以在非晶合金變壓器設計當中最應考慮的問題就是降低其空載的損耗。在布置非晶合金變壓器結構位置的時候，首先需要考慮外力的作用，其次是選取合理的特性合金參數。并且，非晶合金在設計的過程中還需要遵循以下幾個方面的要求：一是將非晶合金變壓器設計改造成為全密封式的結構來使用，這是為了減少后期對變壓器的維護，也稱為“變向”保護變壓器。二是非晶合金材料的單片厚度為0.03mni而疊片的系數由于受到厚度的影響，也只能達到84%、85%左右。三是考慮到非晶合金材料飽和磁密相對偏低的特性，因此在額定的磁通密度的選取中，一般只能選擇1.31.5T之間的密度，不能夠使用額定較高的磁通密度，如此，才能符合對

7、空載損耗值的理想選擇。通過對非晶合金材料的研究，筆者得出非晶合金材料具有很突出的導磁性，所以選擇其來作為變壓器的鐵芯材料使用，能夠有效地降低變壓器的損耗值。考慮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設計與制造的環節中，需要從以下幾個方面對于其進行考慮：（1）為了減少鐵芯片的剪切量，整臺產品的鐵芯由四個單獨的鐵心框并列組成，并且每相繞組是套在磁路獨立的兩框上。每個框內的磁通除基波磁通外，還有三次諧波磁通的存在，一個繞組中的兩個卷鐵芯框內，其三次諧波磁通正好在相位上相反，數值上相等，因此，每一組繞組內的三次諧波磁通向量和為零。如一次側是D接法，有三次諧波電流的回路，當在感應出的二次側

8、電壓波形上，就不會有三次諧波電壓的分量。（2）考慮到每一片非晶合金厚度較薄，并且非晶合金材料表面不夠平滑，所以對于其變壓器使用的貼芯的填充沒有較高的要求。（3）本身來說，非晶合金材料具有很好的低損耗的性能，但是通過了退火處理之后，非晶合金材料的低損耗特性將會更加的優良。（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夠將其輕松的剪切下來，所以在對非晶合金材料進行設計的時候，需要盡量的避免剪切度。（5）對于機械應力來說，非晶合金材料非常的敏感，所以在設計其結構的時候，其承重結構件的選擇上，盡量不要使用鐵芯。通過上面設計中對于非晶合金材料的分析來看，其結構最合理的選擇為：經過退火處理之后

9、的鐵芯，然后在同一平面內由四個單獨存在的鐵芯框組成三相五柱式，并帶有交叉鐵軛接縫，其截面為長方形，油箱為全密封免維護的波紋結構。繞組，為長方形截面，可單獨繞制成型的，雙層或多層矩形層式。五、非晶合金變壓器性能和使用效果與新型的S9配電變壓器比較來看，非晶合金鐵芯損耗值較低，而新型S9變壓器一般是選擇的冷軋硅鋼片來作用導磁材料，其磁通密度在1.65T到1.75T之間，相比非合金的飽和磁密度，S9的密度偏高，這也是變壓器選取非晶合金鐵芯的原因，也是其損耗低的原因。將三相非品合金鐵心配電變壓器與新型的S9配電變壓器相比，在每一年中節約的電量也在一個客觀的數值范圍內。例如800kVA為例，APO為1.

10、05kW;兩種型式配電變壓器的負載損耗值是一樣的，那么Pk=Q通過這樣就能夠計算出一臺變壓器每年能夠減少的電能損耗的計算結果是：Ws=8760(1.05+0.62X0)=9198kW?h通過以上計算的公式來看，三相非晶合金鐵芯配電變壓器具有很明顯的節能優勢。并且，由于其油箱采用的是全封閉式的結構，變壓器內部的油完全的與外界的空氣相隔絕，這樣組織了油的氧化，最終達到了增加變壓器壽命的目標。在山西省汾陽市的農村低壓電網的改造當中，逐漸地將S7以及部分的S9系列的變壓器替換成新型的非晶合金變壓器，從而有效地降低了線損值。六、非晶合金變壓器在全球的應用當前美國有以CE公司為代表的9家以上的企業生產非品

11、合金變壓器，每年的非晶合金變壓器生產能力已超過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用和生產上都領先世界。歐洲方面瑞士ABB公司，英國CET-M爾斯通公司，西班牙Bilbao-ABBTrofodldSA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域都在大力生產并廣泛應用。3、非晶合金變壓器在我國的發展在我國有關非晶合金變壓器的研發制造工作開始于“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

12、金合晶帶材試制出國內第一臺單相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備廠，上海硅鋼片廠合作采用傳統疊片式結構成功研制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，上海冶金設備總廠采用鋼研總院生產的鐵基非晶帶材，試制出多臺20kVA、30kVA、50kVA、100kVA三相卷繞式非晶配電變壓器。經過對運行中測試的數據和參數分析，證實節能效果顯著，運行穩定、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

13、出SHll160、200、315、500kVA四種規格共六臺樣機，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和非晶變壓器生產線正式簽約，成為國內唯一既能制造非晶合金變壓器鐵心又能生產非晶變壓器的企業。中機聯供于2006年2月10日投產3000t產能的非晶配電變壓器鐵心生產線，成為我國繼置信電氣之后能夠規模化生產非晶鐵心的企業。在配電網和新能源領域，預計末來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，市場規模達1613億元。而09年非晶合金變壓器市場規模才約17億元，可以預見未來非晶合金變壓器市場空間巨大，前景廣闊。

14、從2000年開始國內已可以批量生產非晶合金變壓器了，但國家電網一直沒有大力推廣，主要是考慮上游原材料（即非晶合金帶材）供給不足，價格高；而且行業的壟斷利潤是被外資企業獲取。目前我國安泰科技公司的非晶合金帶材已量產成功，產能四萬噸每年，打破了外資企業在我國的壟斷地位。因外資企業的產能釋放，非晶合金帶材的供給瓶頸以及核心技術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及強制性國家標準，加強節能減排工作，也使各省市政府職能部門及電力企業充分認識到加強節能減排工作的重要性和緊迫性，加強了高效節能變壓器的推廣力度。非晶合金變

15、壓器屬高新技術，綠色環保節能產品，國家已將非晶變列為“十一.五”期間重點推廣項目。七、非晶合金變壓器的改善在未來前景中，還有如下幾方面問題有待解決：1、擴大與穩定目前，我國的非晶合金材料需要進一步擴大，并且保持在一個穩定的狀態。雖然在現階段，我國的材料已經步入了規模化聲場的環節當中，但是其性能仍然不夠完善，存在不穩定的因素。例如：在目前國內生產的非晶合金材料只存在142mk個規格寬度，但是如果采用進口的材料則多了170mmz及213m硒種材料的選擇。隨著使用變壓器用戶技術的不斷攀升，也就要求了生產變壓器的廠家能夠生產出更多寬度的材料，這種對生產變壓器的廠家帶來了新的任務以及挑戰，這樣就需要我國的變壓器盡快的進行改進，盡快開發出更多能夠滿足需要的變壓器產品出來。2、降低非晶合金變壓器的制造成本雖然非晶變壓器具有高效、節能等方面的優勢，但是相比傳統硅鋼片變壓器生產來說，非晶合金變壓器的制造成本仍然很高，這也成為了電力用戶使用單位的一塊心病。因此，從非晶原材料的生產、非晶合金鐵芯的生產到非晶合金變壓器的制造這整個產業鏈中，只有有效地控制好產業鏈中各個生產環節的合金制造成本，才能夠有望降低非晶合金變壓器的制造使用成本