非晶合金鐵芯配電變壓器的結構特點和節電效果

摘　要：介紹了非晶合金鐵芯變壓器及其鐵芯材料的特點和性能；闡述了推廣采用非晶合金鐵芯變壓器，既可取得節能效益，也可取得環保效益。

　　關鍵詞：變壓器；非晶合金；結構特點

　　Thestructure characteristicsand energy－saving effectof amorphous alloytransformer

　　CHENShi－sheng

　　(Zhejiang Sanbian Sci－Tech Co．Ltd，Sanmen 317100，China)

　　Abstract：The characteristics and performance ofthe core materialoftransformer with amorphous alloy core are introducted．Itis discussed thatto popularize amorphous alloy transformerisfinely beneficial notonlyforsaving energy，butalsoforenviron－mental protection．
Key words：transformer；amorphous alloy；structure characteristic　
　
　　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電力變壓器外，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。

　　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的一種配電變壓器，與同容量的新S9型配電變壓器相比，其空載損耗值可降低75％，節能效果明顯。

1　設計思路

　　非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優點是空載損耗值低。確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在進行產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵芯本身不受外力的作用外，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。

　　(1)非晶合金材料的飽和磁密較低，產品設計時，額定磁通密度不宜選得太高，通常取1．3～ 1．35 T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0．03 mm，所以其疊片系數也只能達到82％～86％。

　　(3)為了使用戶達到免維護或少維護，把非晶合金配電變壓器設計成全密封式結構。

2　結構特點

　　利用導磁性能突出的非晶合金制造變壓器的鐵芯材料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。如目前所設計的搭接式結構，該結構就是接縫處留有額外的搭接長度，進行上下片重疊搭接。

　　(2)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵芯填充系數較低。為了使所設計產品的材料用量最小，剪切加工量最低，鐵芯截面則設計成長方形，同時其長寬比，也只能待導線平均匝長與非晶合金重量成為最優參數后才能確定。

　　(3)非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時，須避免采用以鐵芯作為主承重結構件。
　　
　　(4)為了獲得優良的損耗特性，非晶合金鐵芯片必須進行退火處理。退火之后，其韌性變差，脆性增強，這在設計和制造中，是必須關注的。

　　(5)為了減少鐵芯片的剪切量，整臺產品的鐵芯由四個單獨的鐵芯框并列組成，并且每個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芯框內，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相量和為零。如一次側是D接，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：鐵芯，由四個單獨鐵芯框在同一平面內組成三相五柱式，須經退火處理，并帶有交錯鐵軛接縫，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。

3　節能效果

　　目前廣泛采用的新S9型配電變壓器，其鐵芯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芯配電變壓器比新S9型配電變壓器空載損耗低的一個主要原因。表1為兩者空載損耗值的比較。

　　從表1可以看出，通過采用新材料，顯著降低了非晶合金鐵芯配電變壓器的空載損耗值。

　　三相非晶合金鐵芯配電變壓器與新S9型配電變壓器相比，其年電能減少量可按下式計算：

　　式中：H———變壓器全年運行小時數，為8760 h；

　　　　　ΔPo———變壓器空載損耗減少量，k W；

　　　　　ΔPk———變壓器負載損耗減少量，k W；

　　　　　β———負載系數，取0．6。

　　以800 kVA為例，ΔP0為1．05 kW；兩種型式配電變壓器的負載損耗值是一樣的，則ΔPk＝0，那么，便可計算出1臺產品每年可減少的電能損耗為： ΔWs＝8760(1．05＋0．62×0)＝9198 k Wh　

　　以上計算說明，三相非晶合金鐵芯配電變壓器節能效果明顯。另外，由于油箱設計成全密封式結構，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，同時為用戶節約了維護費用。

4　效益分析

　　S9型配電變壓器與三相非晶合金配電變壓器(800 kVA產品)基本材料用量如表2。

　　按目前市場價格，非晶合金36．5/kg，硅鋼片 15．6元/kg，電磁線23元/kg，變壓器油5元/kg，鋼材4元/kg，則S9型800 kVA配電變壓器產品每臺的基本材料價格約為29260元，三相非晶合金800 kVA變壓器產品則為60730元，三相非晶合金產品在市場上的銷售價盡管要比S9型配電變壓器高出1．9～2．1倍。但其良好的節電效果仍然體現了經濟優越性。