非晶合金干式變壓器是用新型導(dǎo)磁材料(非晶合金)制作鐵心的新型節(jié)能變壓器。它比用硅鋼片作為鐵心的變壓器空載損耗下降70%以上，空載電流下降80%左右，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低的地方。

非晶合金材料及其干式變壓器特點

非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的繞組及夾緊裝置所用材料與普通環(huán)氧澆注干式變壓器基本相同，但是選用的鐵心材料有著很大的差別，選用的是一種被稱為非晶合金的新型高技術(shù)產(chǎn)品。非晶合金是一種厚度為0.03mm左右很薄的磁性材料。它是一定比例的合金原料采用超急冷技術(shù)(冷卻速度107℃/s)，經(jīng)過冷卻浮筒，鑄成的帶狀薄片。與冷軋硅鋼片相比較，非晶合金材料具有五個方面的優(yōu)點，但是也有五個方面缺點。這些缺點給變壓器的設(shè)計與制造帶來了很多困難。

五個方面的優(yōu)點體現(xiàn)在：

(1)各向同性的軟磁材料;

(2)損耗很低，約為硅鋼片的30%;

(3)電阻率高，約為硅鋼片的3倍;

(4)后繼工藝處理方便(后繼處理能得到所需要的磁性);

(5)制造工藝環(huán)保性好。

五個方面缺點是：

(1)厚度很薄，材料表面的平整不理想，鐵心填充系數(shù)約為0.86;

(2)硬度遠(yuǎn)大于硅鋼片，給切割和加工帶來不便;

(3)必須進(jìn)行退火處理;

(4)退火后材料易碎;

(5)機械應(yīng)力對其性能的影響非常大。

由于非晶合金帶材成型的緣故，鐵心的截面一般做成矩形，繞組也做成矩形。在一個軛位有斷口，打開斷口套裝繞組，然后閉合斷口。鐵心采用外購的三相三柱新結(jié)構(gòu)。由于難燃阻燃，可靠性高，免維護(hù)等優(yōu)點，非晶合金干式變壓器在配電市場有著廣闊的發(fā)展前景。

非晶合金干式變壓器設(shè)計和工藝要點

鐵心形狀和磁密選取

三柱非晶合金鐵心形狀見圖1。鐵心的有效截面等于鐵心橫截面乘以系數(shù)，即S1=k·S，S1為有效截面，S為橫截面，k為疊片系數(shù)。不同的非晶合金鐵心供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，其k值略有差別，由于非晶合金鐵心的填充系數(shù)較低，k值一般取0.86左右。鐵心截面選取時要考慮到磁通密度在1.3T左右，與硅鋼片的鐵心相比較低，這是因為非晶合金的飽和磁密在25℃只有1.55T，而硅鋼片則有2.03T，且非晶合金飽和后損耗和發(fā)熱十分嚴(yán)重，有被單方向磁化的可能。鐵心重量GF等于內(nèi)二個框和外一個框重量。公司開發(fā)的SCBH15-2000/10產(chǎn)品，取磁密B=1.153T，單位損耗0.19W/kg。

三柱非晶合金鐵心與五柱非晶合金鐵心的比較：

三柱鐵心較五柱鐵心在重量上要輕3~5%，在整體制造所耗工時上要少，在空載損耗上略底。三柱非晶合金變壓器屬于新型式設(shè)計，而五柱非晶合金變壓器屬于傳統(tǒng)型式設(shè)計。

圖1 三柱非晶合金鐵心

工藝系數(shù)和空載損耗

在變壓器制造過程中鐵心框與繞組裝配時，需要打開接縫、套裝繞組和再連接接縫等。這些使鐵心受力的操作會導(dǎo)致裝配后損耗和噪音比裸鐵心有所增加。設(shè)計時要考慮這個增加值，即工藝系數(shù)?？蛰d損耗計算公式如下。

P0=1.2*1.05*1*0.19*GF

1.2—工藝系數(shù)，1.05—重量系數(shù)，1—材料系數(shù)，GF—鐵心重量。

企業(yè)的裝配工裝先進(jìn)，裝配水平高，工藝系數(shù)就低，空載損耗就低。

矩形繞組

根據(jù)非晶合金變壓器的特殊要求，必須采用矩形繞組。矩形繞組與常規(guī)圓形繞組從設(shè)計、工藝上都有較大區(qū)別。設(shè)計上應(yīng)當(dāng)選取合適的繞制裕度，工藝上采取夾具整型，矩形繞組的徑向尺寸得到很好的控制。低壓線圈為箔式樹脂澆注矩形線圈，增加了抗短路能力，出線由銅排完成。

圖2 高壓線圈(矩形)

聯(lián)結(jié)組別的選擇

在設(shè)計四框五柱變壓器時選用Dyn11聯(lián)結(jié)較為合適，以避免諧波引起相電壓不平衡現(xiàn)象。在設(shè)計三相三柱變壓器時可以選用Dyn11聯(lián)結(jié)，或Yyn0聯(lián)結(jié)。

機械強度及抗短路能力

非晶合金干式變壓器結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的干式變壓器差異較大，由于非晶合金材料的特殊性，受外加應(yīng)力后損耗會增加60%左右，噪音也隨之增大，嚴(yán)重影響性能。因此必須保證非晶合金鐵心不受外加應(yīng)力。選擇合適的夾緊和裝配結(jié)構(gòu)。受力從兩方面考慮：靜態(tài)力和動態(tài)力。靜態(tài)力考慮鐵心自重和裝配時的受力。動態(tài)力指受突發(fā)短路的沖擊力。由于繞組采用的是相當(dāng)成熟的普通環(huán)氧澆注干式變壓器所用的環(huán)氧澆注及箔繞繞組，完全能承受突發(fā)短路的沖擊力。主要考慮采取措施使低壓繞組能自保持，盡量少地把力傳遞給鐵心。

阻抗電壓計算

矩形繞組非晶合金變壓器阻抗電壓直接計算方法。

Ux=Kx·3.95×10-5·N1I1·(a2L2+a12L12+a1L1)/(EtHx) ,%

Ua=Pk/(10×SN),%

Uk= 等效為圓形的阻抗電壓計算方法，有3種方法。

性能數(shù)據(jù)，價格成本和經(jīng)濟(jì)效益

SCBH15-2000/10 kVA非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的實測值如表2所示，其與相同容量的10型普通環(huán)氧澆注干式變壓器的性能數(shù)據(jù)的比較如表3所示。繞組材料相同，鐵心非晶合金用2605TCA，硅鋼片用30Z130。

表2 SCBH15-2000/10變壓器性能實測值

表3性能參數(shù)比較

由表3可看出，負(fù)載損耗差別不大，非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的空載損耗有著較大幅度的下降。非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的鐵心質(zhì)量下降，繞組質(zhì)量增加。2000kVA單臺市場價，普通環(huán)氧澆注干式變壓器約為24萬元人民幣(2010年)，非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器約為31萬元人民幣。一次購買價增加7萬元人民幣，增加30%左右。

先估算了一下，8年后用戶就可以享受到低損耗所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。

下面來計算一下8年的總使用成本TOC。

電費市場價按0.6元/kW·h，

運行8年電費價值 k=0.6×8×365×24/1000=42.048 元/W

普通環(huán)氧澆注干式變壓器：

TOC=240000+42.048×(3060+14450)=976260元

非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器：

TOC=310000+42.048×(810+14910)=970994元

通過以上對總使用成本的比較，可以認(rèn)為8年后用戶就可以享受到低損耗所帶來的經(jīng)濟(jì)利益，而變壓器的運行壽命一般為30年。

再來比較一下節(jié)能及環(huán)保情況。

運行一年可節(jié)約電費：

運行1年電費價值 k=0.6×1×365×24/1000=5.256 元/W 年節(jié)約電費=[(3060+14450)-(810+14910)]×5.256=9408元

相當(dāng)于節(jié)約電量計15680 kW·h節(jié)約煤計7841 kg

結(jié)束語

本文所述的非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器數(shù)據(jù)是與國內(nèi)配電市場上相對節(jié)能的10型環(huán)氧澆注干式變壓器作的比較。如果與目前在用的大量配電油浸式變壓器等作比較，其節(jié)能和環(huán)保效益會更加顯著。各項跟蹤檢測數(shù)據(jù)證明了非晶合金變壓器有著穩(wěn)定的空載特性。在當(dāng)前硅鋼片價格上漲的情況下，環(huán)氧澆注干式變壓器選用非晶合金鐵心對于廣大用戶和生產(chǎn)廠家來說都是一個好的選擇。隨著國家能源政策的實施，運行可靠節(jié)能降耗的非晶合金變壓器將會越來越受到重視和推廣。