浙江尚能電氣股份有限公司---非晶合金變壓器

什么是非晶合金

　　我們先從非晶材料說起，在日常生活中人們接觸的材料一般有兩種：一種是晶態材料，另一種是非晶態材料。所謂晶態材料，是指材料內部的原子排列遵循一定的規律。反之，內部原子排列處于無規則狀態，則為非晶態材料, 一般的金屬，其內部原子排列有序，都屬于晶態材料。科學家發現，金屬在熔化后，內部原子處于活躍狀態。一但金屬開始冷卻，原子就會隨著溫度的下降，而慢慢地按照一定的晶態規律有序地排列起來，形成晶體。如果冷卻過程很快，原子還來不及重新排列就被凝固住了，由此就產生了非晶態合金,制備非晶態合金采用的正是一種快速凝固的工藝。將處于熔融狀態的高溫鋼水噴射到高速旋轉的冷卻輥上。鋼水以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時間就將1300℃的鋼水降到200℃以下，形成非晶帶材。
　　非晶態合金與晶態合金相比，在物理性能、化學性能和機械性能方面都發生了顯著的變化。以鐵元素為主的非晶態合金為例，它具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。由于這樣的特性,非晶態合金材料在電子、航空、航天、機械、微電子等眾多領域中具備了廣闊的應用空間。例如，用于航空航天領域，可以減輕電源、設備重量，增加有效載荷。用于民用電力、電子設備，可大大縮小電源體積，提高效率，增強抗干擾能力。微型鐵芯可大量應用于綜合業務數字網ISDN中的變壓器。非晶條帶用來制造超級市場和圖書館防盜系統的傳感器標簽。非晶合金神奇的功效，具有廣闊的市場前景。

非晶帶材的應用和歷史

　　在對非晶材料有了初步的了解后,我們在來看一下非晶帶材的一個非常具有前景的應用領域——非晶變壓器。非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器，它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗(指變壓器次級開路時，在初級測得的功率損耗)下降75%左右，空載電流(變壓器次級開路時，初級仍有一定的電流，這部分電流稱為空載電流)下降約80%，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發展中地區等負載率較低的地方。中國的上市公司——置信電氣從美國通用電氣公司引進非晶合金變壓器的專有技術后,通過消化吸收，自主創新開發了適合中國電網運行的非晶合金變壓器系列產品,已經成為目前國內規模最大的非晶合金變壓器專業化生產企業,這證明了非晶材料廣闊的市場空間。

非晶合金變壓器設計

　　非晶合金鐵心配電變壓器的最大優點是，空載損耗值特低。最終能否確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵心本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。除此設計思路外，還須遵循以下三點要求：
　　(1)由于非晶合金材料的飽和磁密較低，在產品設計時，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，所以其疊片系數也只能達到82%～86%。
　　(3)為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處，現把非晶合金配電變壓器的產品，都設計成全密封式結構。
　　變壓器非晶合金結構特點
　　利用導磁性能突出的非晶合金，來用作制造變壓器的鐵心材料，最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性，在設計和制造中是必須保證和考慮的。主要體體現以下幾個方面：
　　(1)非晶合金片材料的硬度很高，用常規工具是難以剪切的，所以設計時應考慮減少剪切量。
　　(2)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵心填充系數較低。
　　(3)非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時，必須避免采用以鐵心作為主承重結構件的傳統設計方案。
　　(4)為了獲得優良的低損耗特性，非晶合金鐵心片必須進行退火處理。
　　(5)從電氣性能上。為了減少鐵心片的剪切量，整臺產品的鐵心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心框內，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電壓波形上，就不會有三次諧波電壓的分量。
　　根據上面分析，三相非晶合金配電變壓器最合理的結構為：鐵心，由四個單獨鐵心框在同一平面內組成三相五柱式，必須經退火處理，并帶有交叉鐵軛接縫，截面形狀呈長方形。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。油箱，為全密封免維護的波紋結構。

非晶合金變壓器性能

　　目前廣泛采用的新S9型配電變壓器，其鐵心所采用的導磁材料通常為30Z140高導磁冷軋硅鋼片，其飽和磁密比非晶合金高，產品設計時所選取的磁通密度通常在1.65～1.75T之間。這也就是非晶合金鐵心配電變壓器比新S9型配電變壓器空載損耗低的一個主要原因。

　　要想節約能源，通過采用新材料的方法，來降低配電變壓器的空載損耗值，是一條很有效的途徑。

非晶合金變壓器使用效果

　　三相非晶合金鐵心配電變壓器與新S9型配電變壓器相比，其年節約電能量是相當可觀的。
　　以800kVA為例，△P0為1.05kW；兩種型式配電變壓器的負載損耗值是一樣的，則△Pk=0， ，便可計算出一臺產品每年可減少的電能損耗為：
　　△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW•h
　　通過該種規格產品的計算可知，三相非晶合金鐵心配電變壓器系列產品的節能效果非同一般。由于油箱又設計成全密封式結構，使變壓器內的油與外界空氣不接觸，防止了油的氧化，延長了產品的使用壽命，為用戶節約了維護費用。
　　非晶合金變壓器發展前景
　　非晶合金變壓器若能完全替代新S9系列配變，如10kV級配電變壓器年需求量按5000萬kVA計算時，那么，一年便可節電100億kW•h以上。同時，還可帶來少建電廠的良好的環保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會大大地減輕對環境的直接污染，使其成為新一代名副其實的綠色環保產品。總之，國家在城鄉電力網系統發展與改造中，若能大量推廣采用三相非晶鐵心配電變壓器產品，其最終會獲得節能與環保兩方面的效益。