(中海油东方石化有限公司 572600)
摘 要：本文分析了非晶合金变压器的特点，论述了非晶合金变压器对节能减排的重要意义及其所带来的经济效益。
关键词：非晶合金 变压器 节能 减排
1前言
节能减排一直以来都是能源领域的主题，也是当今能源应用领域的重点研究方向，线损率是电力企业节能降耗工作的三大重要考核指标之一。我国输变电线路的线损率为7.7%，美国为6%，日本为3.89%。此外，我国高耗能配电变压器负损耗比国际先进水平高50～60%，空载损耗水平高90%以上。配电变压器经历了S7、S9、S11等类型的更替，变压器能耗不断降低，当具有更加节能效果的变压器推出时，其替代原有变压器的趋势不会改变。而非晶合金铁芯配电变压器比硅钢片铁心配电变压器空载损耗可降低65～75%，空载电流下降约85%，节能效果显著，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发展中等配变利用率较低的地方。在新一轮农村电网改造的环境下，推广非晶合金变压器对做好其节能降耗工作具有深远意义。
2 非晶合金变压器
2．1非晶合金变压器的介绍及特性
用作变压器铁心材料的非晶合金主要以铁、镍、钴、硌、锰等金属为合金基，并加入少量的硼、碳、硅、磷等元素所制成的合金，具有良好的铁磁性。非晶态合金薄带的制造工艺与传统的硅钢片制造工艺有很大不同，硅钢片的制造过程需经过练、轧等多道工序；而非晶合金材料采用的是一种快速凝固的工艺，是将处于熔融状态下的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上，钢水以每秒百万度的速度急速冷却，时间仅用千分之一秒就将1300℃的钢水降到200℃以下，形成0.02～0.06 mm厚的合金薄带。此工艺比常规硅钢片成材工艺节省了6～8道工序，节省能耗75％左右。非晶态合金在急速冷却后其分子结构处于无序排列的非结晶状态，，而淬火形成的高内应力必须用200℃~800℃之间的退火来减小，金属在这种状态下，具有特殊的导磁功能，可以大大降低变压器铁芯的自身损耗。非晶态合金变压器比传统的硅钢变压器空载损耗减少75％左右。
非晶合金铁心变压器为了确保空载损耗值，在产品结构布置时，除考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，还精确合理的选取了非晶合金的特性参数：
(1)在产品设计时，通常选取1.3～1.35T磁通密度以获得较好的空载损耗值。
(2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm，使叠片系数只能达到82%～86%。
(3)为了能获得免维护或少维护的好处，把非晶合金配电变压器都设计成全密封式结构。
从电气性能上，三相非晶合金配电变压器的铁心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心框内，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电压波形上，就不会有三次谐波电压的分量。
一般来说，现在的非晶合金铁芯变压器的构成如下：
(1)变压器铁芯均为三相五柱式两行矩形排列，在两个旁柱中流过零序磁通，磁通不经过箱体，不产生发热的结构损耗，使变压器能满足低噪声、低损耗；
(2)高低压线圈均为矩形的铜绕组，当线圈偶然发生短路时，能适应较大的机械应力破坏，线圈不产生变形；
(3)箱体采用冷轧钢板制成的片状散热器，高低压套管的上方加装防冰雹、防尘、防雨罩，其引线无导体裸露，可用电缆接线，全绝缘保护；
(4)变压器热循环油填充硅油，箱体全密封，20年内免维护，且可适应高温场所。
2．2 经济效益分析
电力变压器自1881年发明至今已经有一百多年。目前大多数情况下，电能的电压等级自发电站到用户至少要经过5级变压器，方可输送到低压用电设备（380V/220V）。虽然变压器本身效率很高，但因其数量多、容量大，总损耗仍是很大的。
最早用于变压器铁芯的材料是易于磁化和退磁的软熟铁，变压器铁芯是由铁线制成，而不是由整块铁构成，为了克服磁回路中由周期性磁化所产生的磁阻损失和铁芯由于受交变磁通切割而产生的涡流。用线束制作的铁芯可有效减少涡流路径的截面积。经多次改进，方用0.27mm-0.35mm厚的硅钢片来代替铁线制作变压器铁芯。而采用非晶态合金的铁芯可有效降低发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗，即铁损。非晶态合金变压器比S11型的硅钢变压器空载损耗减少65％左右，且全密封免维护，运行费用极低，具有明显的节能效果。
因此，导磁材料的性能可直接影响变压器的技术经济指标。目前广泛采用的S11型配电变压器，其铁心所采用的导磁材料通常为27QG100高导磁冷轧硅钢片，其饱和磁密度比非晶合金高，产品设计时所选取的磁通密度通常在1.55～1.75T之间。这是非晶合金铁心配电变压器比S11型配电变压器空载损耗低的一个主要原因。
变压器的损耗评价是指每千瓦空载损耗的评价值与每千瓦负载损耗的评价值，前者比后者要高些。若以10年运行费用作为衡量变压器节能效果的主要指标，其计算公式为：
B＝Cthty（Po＋Pk L2）
式中B--变压器损耗的电费，元；
C--电价，按0.65元／kWh计算；
th--全年运行小时数，取8760小时；
ty--运行年限，取10年；
Po--空载损耗（忽略温度变化的影响），kW；
Pk--负载损耗（忽略温度变化的影响），kW；
L--变压器负载率，取0.6。
如果将非晶合金配电变压器与S11型配电变压器的10年运行费用作一比较，可见其年节约电能量是相当可观的。以1600kVA为例，假设两种型式配电变压器的负载损耗值是一样的，则
△Pk=0，
△P0=P0N-P0C=1640W-630W=1.01kW；
那么，便可计算出一台产品可减少的电能损耗为：
△B=0.65×365×24×10×(1.01+0.62×0)=57509元。
在此容量下，与S11型变压器相比，使用非晶合金变压器SH15系列10年运行（损耗）费用可节约5.8万元左右，节电88475kWh。虽然就价格而言，非晶合金变压器的价格是传统硅钢变压器的1.3倍左右。随着非晶合金变压器行业规模扩大，其价格还有进一步下降空间。因此，长期看来，非晶和金变压器的节能效果和经济性是非常可观的，远优于目前普遍使用的S11变压器。
3结论
节能减排成为当今世界发展的趋势，中国及世界各国都在致力于碳排放的削减。然而，节能减排并不是某一行业的事情，它需要的是各行各业的一起努力。在电气行业中，要实现节能减排，转变发展理念是关键，提高技术创新能力、制造低耗设备是根本途径。使用非晶合金变压器，不仅有利于供电企业降损增效，同时对整个社会的节能降耗具有重要意义。物竞天择适者生存，非晶合金变压器，必将成为节能减排的一大利器。
论文作者:朱殿锋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
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