非晶合金材料的特點及其鐵心變壓器發展方向之研究

趙 麗，何關金

（1.伊戈爾電氣股份有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東順德創新設計研究院，廣東 佛山 528000）

非晶合金材料的特點及其鐵心變壓器發展方向之研究

趙 麗1，何關金2

（1.伊戈爾電氣股份有限公司，廣東 佛山 528000；2.廣東順德創新設計研究院，廣東 佛山 528000）

文章首先簡要闡述了非晶合金材料的特點，并分析了非晶合金鐵心變壓器的結構。在此基礎上，對非晶合金鐵心變壓器的應用前景及發展方向進行論述。期望通過研究，能夠對非晶合金鐵心變壓器的推廣應用及電力系統能耗的降低有所幫助。

非晶合金；變壓器；節能

1 非晶合金材料的特點

在冶金材料中，金屬或合金屬于晶態結構材料，這類材料中的原子呈有序排列，其點陣結構具備周期性特點。而非晶合金是指在液態或氣態物質在急速冷凝固狀態下，合金原子中的結晶未能有序排列，使得固態合金原子呈現出無序結構，不存在晶態合金的晶界、晶粒。非晶合金的性能優異、工藝簡單，屬于先進的冶金材料，擁有良好的耐磨性、耐蝕性、磁性、韌性、耦合性、電阻率、硬度和強度。非晶合金的構成元素為80%的鐵元素和20%的硅元素，具有高飽和磁感應強度，相比較硅鋼片而言，其在磁導率、鐵損、激磁電流等方面均顯現出優勢，尤其在鐵損方面，非晶合金僅為硅鋼片的1/3，將非晶合金應用到變壓器中，可有效降低能耗。非晶合金的帶材厚度一般為0.03mm，適用于條件為10kHz以下頻率，當前已經被廣泛應用于大功率開關電源、磁放大器、逆變器以及各類型變壓器中。

2 非晶合金鐵心變壓器的結構

由于非晶合金材料的加工工藝較為復雜，在現有的技術條件下，非晶合金帶材的規則只有三種寬度分別為142mm、170mm、213mm，其特點是硬而脆、難以剪切和加工。鑒于此，絕大部分的非晶合金鐵心采用的都是長方形截面。從其結構形式上看，具體是將下鐵軛部分設計成交錯搭接的開口單卷卷鐵心結構。三相五柱式是一種用于非晶合金變壓器鐵心結構較為普遍的形式，如圖1所示。

圖1 三相五柱式鐵心結構示意圖

3 非晶合金鐵心變壓器的應用前景

以非晶合金作為鐵心的變壓器具有節能和環保的優點。在節能方面，非晶合金鐵心變壓器的空載損耗非常低，這使其節能效果非常顯著，因非晶合金材料有著優異的導磁性，能夠以較少的能耗磁化或是消磁，因此非晶合金鐵心變壓器的空載損耗要遠遠低于常規變壓器，這一特點在實際應用中得到了驗證。此外，在一些電力負荷波動變化較大的領域中，如公路、城市基礎設施、民用住宅小區等等，非晶合金鐵心變壓器也同樣具有良好的節能效果，它的應用不但能夠節省大量的電廠投資，而且還能減少發電燃料的消耗，經濟效益十分明顯。在環保方面，通過相關的技術檢測結果可知，將非晶合金鐵心用于油浸式變壓器時，能夠減少各類有害氣體的排放，如一氧化碳、氧化硫、氮氣等等，這對于降低大氣污染較為有利。

作為發展中國家，我國的能源消費增長速度加快，同時，能源緊缺也是一個不爭的事實。為此，國家將節能作為了一項重要的基本國策。隨著城鄉電網改造進程的不斷加快，國電總公司相繼實行了更換S9型節能變、停產S7型和淘汰電網中64及73系列的高能耗變壓器等措施，這對電網線損的降低起到了一定的作用。據相關調查統計數據結果顯示，現階段我國輸配電損耗約占電力總產量的7%左右，由此導致了電力利用率有所降低，大量的電能白白浪費，因此降低變壓器損耗成為節能降耗的當務之急。配變是電力傳輸系統的關鍵設備，其數量多、運行時間長、節能潛力巨大。隨著電力工作者對非晶合金材料優點的逐步認識，非晶合金鐵心變壓器勢必會在不久的將來取代傳統的鐵心變壓器，通過非晶合金鐵心變壓器在配網當中的大規模應用，能夠發揮出不可估量的節能作用，由此產生的經濟效益和社會效益非常巨大。不僅如此，還有利于電能質量的提升和電力系統自身損耗的降低。非晶合金鐵心變壓器的初期成本雖然要比傳統變壓器高很多，但它所具有的優異的低損耗性能，將會使運營成本大幅度降低，由此帶來的經濟效益是非常巨大的，足以抵消前期投資成本。鑒于此，推廣普及此類變壓器對于節能增效具有重要的現實意義。

4 非晶合金鐵心變壓器的發展方向

與優質冷軋硅鋼片相比，非晶合金材料的價格略高，加之其工作磁密度略低，需要使用大量的導線，使得非晶合金鐵心配電變壓器的價格高于硅鋼片配電變壓器。但是，非晶配變的使用性能優異，在綜合考慮變壓器壽命周期內的能耗情況下，可在非晶配變價格高于硅鋼片配變30%以內時，選擇安裝非晶配變是最為經濟的方案。從投資效益上來看，使用非晶配變能夠大幅度減少空載損耗，這部分損耗節省的資金可用來抵消非晶配變一部分售價，使得非晶配變即便售價過高，也仍具備良好的投資價值。對于工廠企業而言，選擇非晶變壓器時需要多投入一部分資金，但是在非晶變壓器使用中，可有效節省電費支出，使得多支出的這部分資金基本會在4～5年內回收。對于電力系統而言，線路損失是重要經濟考核指標，選用非晶變壓器可有效降低線損，提高供電經濟效益。

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[2]王金麗,盛萬興,向馳.非晶合金配電變壓器的應用及其節能分析[J].電網技術,2008,(18):25-29.

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