变压器是利用电磁感应将一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压的交流电能。它的主要部分是铁心、绕组、绝缘、外壳等。铁心、绕组、绝缘、外壳和其他组件的结构不同导致变压器的容量、电压的不同。普通变压器铁心一般用硅钢片叠成, 片上涂以绝缘漆, 以避免片间短路。
非晶合金铁心变压器的铁心是用非晶合金制作而成, 比硅钢片变压器的空载损耗下降约75%, 空载电流下降约80%[1]。
据估计, 我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右, 损耗每降低1%, 每年可节约上百亿度电能。降低变压器损耗是势在必行的节能措施。由于低损耗是电力传输设备的重要性能指标之一, 因此非晶合金铁心变压器以其显著的低空载损耗性能倍受生产制造和电力用户的关注。
非晶合金材料指采用快速致冷工艺加工而成的金属材料, 含铁78%～81%、含硼13.5%、含硅3.5%～8%, 另外还含微量的镍和钴等金属元素[2], 它具有良好的铁磁性。采用非晶合金材料制造成变压器铁心的变压器称为非晶合金变压器。非晶合金变压器具有以下特性。
(1) 制造工艺简单, 成材率高。非晶合金材料快速冷却凝固成20～60μm厚的合金薄带, 该工艺比硅钢片工艺节省了很多工序, 节省损耗能量80%。而非晶合金成材率高, 制造铁心的工艺方法、设备均较简单。
(2) 铁芯损耗低, 其节能效果明显, 且回收年限短。
(3) 价格逐年接近硅钢式变压器价格。非晶变压器将成为取代现有硅钢变压器的主要产品。
(4) 其磁化功率小, 并具有良好的温度稳定性。
(5) 硬度高, 单片厚度薄, 大约是硅钢片的1/10左右, 且叠片系数低, 涡流损耗大大降低。
(6) 磁畴伸缩程度比硅钢片高约10%, 故不宜过度夹紧
(7) 对机械应力非常敏感, 张应力或弯曲应力都会影响它的磁性能。
(8) 饱和磁通密度较低, 空载损耗很低, 节能效果明显。
(9) 可有效减少CO、SOx、NOx等有害气体的排放, 降低大气污染[3]。
衡量变压器节能性的主要指标是综合损耗。综合损耗主要由铁磁损耗、负载损耗、无功当量损耗组成。变压器的无功当量损耗会采取补偿措施, 损耗并不大, 因此可以忽略。变压器的综合损耗为:
式中β为负载率;Pf为额定负载损耗。从上式可以看出, 负载率越高, 综合损耗越高。随着变压器容量的增大, 节能效率也逐步提高。
采用非晶纳米晶软磁性材料作变压器、电动机等电力设备的铁芯之所以节能, 除了它本身的特软磁性、电阻小、铜耗、铁耗、磁滞损耗大大降低使设备本身耗能少以外, 还因为非晶材料合金生产过程的能耗低, 制造工艺简单, 一次成材, 与生产硅钢片相比, 能耗要少得多。无负载损失可减少到传统硅钢变压器的1/5左右。
根据运行经验, 1台500 kV·A的SBHl6型非晶合金变压器运行1年后, 比S9硅钢变压器节约能耗达9373 kW·h。其节能效果是相当可观的。
小容量变压器以非晶态合金铁心变压器性能为优。当随着容量增大, 与硅钢片铁心的变压器的性能接近。在铁耗上节约的幅度与其铜耗上超出硅钢片铁心的变压器的部分相抵。大容量非晶态合金铁心变压器的质量与体积都超过相同容量的硅钢片铁心的变压器。
非晶合金变压器的价格比较高, 投资必须考虑资金的回报率。
相对于S9型变压器, 非晶合金变压器负载率越高, 变压器的容量越大, 相对于S9变压器的多投资回收期也越短。
(1) 由于过电压或瞬时波动造成的过励磁运行不影响其空载性能。
(2) 负载不平衡时空载性能基本稳定。
(3) 过负荷运行时空载性能增大, 对于重载负荷区不宜使用。
(4) 能够适应户外条件。
(5) 倾斜时空载性能不受影响。
我国生产非晶合金变, 压器的技术成本比美、日、欧高, 我国没有自已的非晶合金变压器的制造技术, 导致非晶合金电力变压器在我国的价格一直居高不下。
实际应用表明, 非晶合金变压器的空载损耗小, 经济运行负荷率较低。适用于负载率较低的电力系统。在我国推广非晶合金变压器可以降低变压器的损耗。
非晶合金变压器的使用除具有直接的经济效益外, 还减少了发电产生的废气、废渣对环境的污染, 节约了自然资源。
非晶合金变压器性能优异, 节能效果明显, 应广泛推广应用。在工程上应以大容量、高负载率的采用原则来确定非晶合金变压器的容量。应加快非晶合金变压器的国产化, 降低非晶合金变压器的价格。
摘要：非晶合金铁心变压器是用非晶合金制作而成, 比普通变压器的能耗小, 是较为理想的变压器。但是它的磁通密度低, 机械应力敏感, 工作期间可能导致空载损耗增大。本文研究了非晶合金铁心变压器的特点, 提出了相应节能措施。
关键词：非晶合金,电力变压器,节能
[1] 惠希东, 陈国良.块体非晶合金[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[2] 茅建华.非晶合金变压器节能经济效益分析[J].上海电力学院学报, 2005.
[3] 韩能霞.非晶合金铁心变压器的特点分析[J].江苏电器, 2008.
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