非晶合金配電變壓器介紹

摘　要：主要講述了非晶合金配電變壓器的設計思路、結構特點、性能要求、節能效果及發展前景等方面的問題，為非晶合金配電變壓器的推廣和使用作了闡述。
關鍵詞：非晶合金變壓器結構特點

1 概述

　　變壓器是根據電磁原理而制造的一種輸變電設備，導磁磁路系統是變壓器的一個主要部分。導磁材料的性能直接影響變壓器的技術經濟指標。本文介紹的是用非晶合金作為導磁材料所制造的一種配電變壓器，其空載損耗值與同容量的新S9型配電變壓器相比，可降低75%，節能效果明顯。

　　在電力系統中，發、供、用電過程的電能損耗主要包括線路損耗和變壓器損耗兩大部分。整個線路除有一定數量的輸電變壓器外，還有運行在電力系統末端的配電變壓器，其總數量和總容量所占的比例很大，為配電網中不可缺少的主要設備，分布面非常廣泛。目前國家還在不斷進行電網建設和改造，如果所有配電變都能采用非晶合金鐵心變壓器，那么既可為國家節約大量能源，又會取得顯著的環保效益。

2 設計思路

　　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。

3 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。主要體現在以下幾個方面：

　　(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。

4 性能要求

　　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。表1為三相非晶合金鐵心配電變壓器與新S9型配電變壓器空載損耗值的比較。

　　從表1中的統計數據可以看出，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。

5 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，那么，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。

6 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。