非晶合金變壓器節(jié)能分析

摘要：文章介紹了非晶態(tài)磁性材料以及非晶合金鐵芯變壓器SH12，對SH12､S9､S7的能耗做了計算與對比，并計算了800kVA的SH12較同容量的S7､S9多投資的回收年限｡
關(guān)鍵詞：2605S2 SH12 節(jié)能 多投資回收年限

　　電力變壓器自1881年發(fā)明至今已經(jīng)有一百多年｡目前大多數(shù)情況下，電能的電壓等級自發(fā)電站到用戶至少要經(jīng)過5級變壓器，方可輸送到低壓用電設(shè)備(380V/220V)｡雖然變壓器本身效率很高，但因其數(shù)量多､容量大，總損耗仍是很大的｡據(jù)估計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)發(fā)電量的10%左右，如損耗每降低1%，每年可節(jié)約上百億度電，因此降低變壓器損耗是勢在必行的節(jié)能措施｡

1 鐵芯損耗的控制

　　變壓器損耗中的空載損耗，即鐵損，主要發(fā)生在變壓器鐵芯疊片內(nèi)，主要是因交變的磁力線通過鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而帶來的損耗｡
　　最早用于變壓器鐵芯的材料是易于磁化和退磁的軟熟鐵，變壓器鐵芯是由鐵線制成，而不是由整塊鐵構(gòu)成，為了克服磁回路中由周期性磁化所產(chǎn)生的磁阻損失和鐵芯由于受交變磁通切割而產(chǎn)生的渦流｡用線束制作的鐵芯可有效減少渦流路徑的截面積｡
　　在1900年左右，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在鐵中加入少量的硅或鋁可大大降低磁路損耗，增大導(dǎo)磁率，且使電阻率增大，渦流損耗降低｡經(jīng)多次改進(jìn)，方用0.35mm厚的硅鋼片來代替鐵線制作變壓器鐵芯｡
　　近年來世界各國都在積極研究生產(chǎn)節(jié)能材料，變壓器的鐵芯材料已發(fā)展到現(xiàn)在最新的節(jié)能材料——非晶態(tài)磁性材料2605S2，非晶合金鐵芯變壓器便應(yīng)運而生｡使用2605S2制作的變壓器，其鐵損僅為硅鋼變壓器的1/5，鐵損大幅度降低｡

2 METGLAS2605S2

　　非晶態(tài)合金早在太陽能電池領(lǐng)域已有了飛躍發(fā)展｡在80年代迅速應(yīng)用于磁性材料領(lǐng)域，美國阿拉伊特公司長期從事非晶態(tài)材料的研究，以METGLAS為品名｡1979年已研制出具有實用價值的2605SC，其材料成份為Fe81B13.5Si3.5C2｡該公司在1981年又試制成功非晶態(tài)磁性2605S2，化學(xué)成份為：Fe78B13Si9，與最初的2605SC相比，降低了磁通密度，改善了熱穩(wěn)定性，降低了鐵損。
　　非晶態(tài)合金是無晶料原子結(jié)構(gòu)，一個個原子無規(guī)則的分布在材料的基體中，并能迅速冷卻而出現(xiàn)玻璃狀成份｡典型的非晶態(tài)合金含80%的鐵，而其它成份是硼和硅｡非晶態(tài)合金有很多生產(chǎn)方法，但最常見的是把熔化的金屬蒸汽噴在高速旋轉(zhuǎn)的銅繞線架上，熔化的金屬以106℃/s的速率冷卻并固化成薄肋狀；因淬火形成的高內(nèi)應(yīng)力必須用200℃~280℃之間的退火來減小，以便成為好的磁特性材料｡
　　變壓器鐵芯噪音，其中很重要的原因與鐵芯材料的磁致伸縮有關(guān)，非晶態(tài)鐵芯與硅鋼鐵芯有著顯著不同。

3 非晶合金鐵芯變壓器

　　美國麻省理工學(xué)院于1979年采用2605SC制作了15kVA的干式變壓器｡日本于1981年7月采用2605S2試制了10kVA的變壓器，再于1982年8月試制了30kVA的高壓油浸變壓器，1983年2月又試制了35kVA三相五柱式模型變壓器作研究對象｡我國在80年代初期進(jìn)行對非晶態(tài)合金變壓器的研究，并于1986年由上海變壓器廠研制了30kVA的非晶態(tài)鐵芯變壓器｡90年代非晶鐵芯變壓器的研發(fā)已進(jìn)入實用階段，國內(nèi)數(shù)廠家相繼引進(jìn)國外技術(shù)，生產(chǎn)出較大容量的非晶鐵芯變壓器｡

3.1 非晶合金鐵芯變壓器的構(gòu)成
　　(1)變壓器鐵芯均為三相五柱式兩行矩形排列，在兩個旁柱中流過零序磁通，磁通不經(jīng)過箱體，不產(chǎn)生發(fā)熱的結(jié)構(gòu)損耗，使變壓器能滿足低噪聲､低損耗；
　　(2)高低壓線圈均為矩形的銅繞組，當(dāng)線圈偶然發(fā)生短路時，能適應(yīng)較大的機械應(yīng)力破壞，線圈不產(chǎn)生變形；
　　(3)箱體采用冷軋鋼板制成的片狀散熱器，高低壓套管的上方加裝防冰雹､防塵､防雨罩，其引線無導(dǎo)體裸露，可用電纜接線，全絕緣保護；
　　(4)變壓器熱循環(huán)油填充硅油，箱體全密封，20年內(nèi)免維護，且可適應(yīng)高溫場所｡

3.2 非晶合金鐵芯變壓器的規(guī)格
　　(1)容量：30kVA~1600kVA，電壓6kV~10kV/0.4kV/0.22kV，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號為Y•yn0，D•yn11；
　　(2)空載損耗､負(fù)載損耗､阻抗電壓､主絕緣均符合GB/T6451-1995的技術(shù)要求｡

4 非晶合金鐵芯變壓器的節(jié)能效果

　　非晶合金鐵芯變壓器，具有低噪音､低損耗等特點，其空載損耗僅為常規(guī)產(chǎn)品的1/5，且全密封免維護，運行費用極低｡
　　S7系列變壓器是1980年后推出的變壓器，其效率較SJ､SJL､SL､SL1系列的變壓器高，其負(fù)載損耗也較高｡80年代中期又設(shè)計生產(chǎn)出S9系列變壓器，其價格較S7系列平均高出20%，空載損耗較S7系列平均降低8%，負(fù)載損耗平均降低24%，并且國家已明令在1998年底前淘汰S7､SL7系列，推廣應(yīng)用S9系列｡非晶合金鐵芯變壓器SH12系列的空載損耗較S9系列降低75%左右，但其價格僅比S9系列平均高出30%，其負(fù)載損耗與S9系列變壓器相等｡下面僅對其節(jié)能效果與投資效益做一計算實例｡

4.1 計算公式
　　(1)有功損耗：ΔP=P0+KTβ2PK(1)
　　(2)無功損耗：ΔQ=Q0+KTβ2QK(2)
　　(3)綜合功率損耗：ΔPZ=ΔP+KQΔQ(3)
　　Q0≈I0%SN，QK≈UK%SN
式中：Q0——空載無功損耗(kvar)
　　P0——空載損耗(kW)
　　PK——額定負(fù)載損耗(kW)
　　SN——變壓器額定容量(kVA)
　　I0%——變壓器空載電流百分比｡
　　UK%——短路電壓百分比
　　β——平均負(fù)載系數(shù)
　　KT——負(fù)載波動損耗系數(shù)
　　QK——額定負(fù)載漏磁功率(kvar)
　　KQ——無功經(jīng)濟當(dāng)量(kW/kvar)

4.2 計算條件
　　(1)取KT=1.05；
　　(2)變壓器容量SN=800kVA聯(lián)結(jié)組別為Y•yno；
　　(3)對城市電網(wǎng)和工業(yè)企業(yè)電網(wǎng)的6kV~10kV降壓變壓器取系統(tǒng)最小負(fù)荷時，其無功當(dāng)量KQ=0.1kW/kvar；