非晶合金干式变压器的特点及性能分析

1、16电力设备第7卷第11期2006年11月 第7卷第期非晶合金干式变压器的特点及性能分析刘燕，黎剑锋，蔡定国（顺特电气冇限公司，广东省佛山市528300）摘要：用非品合金作为铁心的非晶合金干式变压器属新空节能变斥器.文章介绍了非品合金材料的特点、非晶合金干 式变床器的特点，对非晶合金干式变压器的设计、工艺要求，及经济效益和社会效益进行了详细地分析阐述。关键词：非晶合金;干式变压器:噪声;节能中图分类号：TM41216电力设备第7卷第11期16电力设备第7卷第11期lh晶介金变爪器Si m新型导磁材料lh晶介金 來制作铁心的新住节能变爪器。它比用硅钢片作为铁 心的变压器空我损耗下降70%以上，空

2、我电流下降约 80% ,是忖前节能效果较理想的配电变斥器，特别适 用于农村电网和发展中地X等负戯率较低的地方。自20世纪80年代第1台非晶合金变压器在美国 问世以來,非晶合金材料和非品合金配电变床器发展 非常迅速,到M前力止，全世界约勺200 ）i台非晶合 金变压器在运行。1非晶合金材料及干式变压器的特点非胡合金是一种厚度仅为0.03 nun的特殊的软磁 性材料。它是一沱比例的介金原料在熔融状态卜经过 超急速冷却（冷却速度10-7 t/S）而成的带状金属。 与冷轧硅钢丿V相比，非晶合金材料具有以下特点: 各向同性的软磁材料：单位饮损低，比硅钢片下 降70% - 80% :卑度极薄，仅为0.03

3、小叫填充系数 低;电阻率鬲，涡流损耗小；制造【：艺大大简化， 节能，无污染;皎度大，切割宾求高：必须进行退 火处理，易確：对机械应力敏感，受力后会影响 性能。由于非胡合金材料具有损耗极低的特点，特别适 合用作配电变斥器的铁心，以减少其字载损耗。但为 了避免非晶合金铁心因受力而影响其性能,结构上耍 进行特殊设计，这育别于常规变压器。非晶介金变压器可分为汕浸式和干式2利*非 晶介金干式变压器乂仃环氧浇注式和敞开式2种型 式，以环氧浇注式为多。非晶介金铁心为矩形截而，开厂I式卷铁心，在一 个純位冇断口，通过打开断厂I套装绕组，然厉闭合断 口。铁心一般为三相四框五柱结构.高低压绕组相 应做成矩形，低压

4、一般为箔绕式，高斥为线绕式，环氧 树脂浇注。非晶合金干式变斥器是一种新空的低损 耗干式变用器，山于承继了传统干式变用器难燃阻 燃、可靠性高、免维护等优点，因此非晶介金干武变压 器在配电变斥器市场有看广阔的发展前景。2非晶合金干式变压器设计与工艺要求2.1磁密选取磁密设汁对丁非晶合金干式变压器的成本、性 能、噪声等级都有决定性的作用,是1 h晶变压器设计 中最为关键的参数。由于非晶合金材料的特殊性，其 饱和磁密小于1.5 T,远低于冷轧硅钢片的饱和磁密 （约为2. 0 T）。11.非品合金饱和后损耗和发热十分严 重，有被单方向磁化的可能。因此在电磁设计中,I： 作磁密必须合理选収。另外，变压器的

5、噪川主耍來源 J-铁心材料的磁致伸缩） I起的铁心振动，非品介金的 磁致伸缩程度比硅钢片高10%左右。为了降低噪声, Ik品合金铁心必须取得与冷轧硅钢片铁心Hi同或相 近的磁致伸缩，因此，非品介金T式变压器所选収的 工作磁密就要求低于冷轧硅钢片。非晶合金铁心的 截而相应増大约50% ,铁心质吊:览加约40% ,这在一 定程度上使变压器噪声及成本増加。经研究表明，磁密毎升高0. 05 T,其空我噪声约增 加2 dB,如果制成变压器成品,噪声可览加5 dB左右. 内此，选择适当的磁密是设计非品合金干式变压器的 关键,既耍考虑磁密对噪川的彩响，也耍兼顾磁密对材 料成本的制约，在符合噪川耍求的询提卜尽

6、试减少铁 心fflBo根据目前非晶合金干式变压器的制造经验和制 造水V,饮心丄作磁密选取在1.3以下较为适合，但必须 和企业口身的工艺水平结合起來综介不虑。2.2工艺系数除单位损耗W/kg夕卜，非品介金铁心设计的另外一 个巫要的参数就是小位磁化容M VA/kg,降低非晶饮心 的甲位磁化容崑VA/kg也可达到降噪的H的。由于非 晶铁心单位磁化容乗VA/kg与单位损耗W/kg存在制 约关系，耍获得较低的单位磁化容看VA/kg,就耍结合 企业的I：艺水平来确定。在变压器制造过程中,4个或 8个铁心框9绕纽装配时，盂耍打开开厂1接缝、套装绕 m和再连接接缝等。这吐使铁心受力的操作会导致装 配后损耗和噪

7、声比裸铁心时有所增加。设计时，要考 虑这个增加值，即1 ：艺系数，它和铁心与绕制的组合装 配方式以及匸装水平等诸多因素有关，企业的装配1： 装先进，装配水平心j,工艺系数就低，空我损耗较低。通 过选収较高的甲位损耗w/kg來获得校低的单位磁化 容啟VA/kg,即在淌足空我损耗符介耍求的前提下，把 多余的“损耗性能”转化成“磁化性能”，从而到达降低 噪声的H的。只冇经过长时间的探索和制造，才能获 得与企业自身相符的准确的1艺系数。2.3矩形绕组根据非胡合金变斥器的特殊耍求，必须釆収矩形 绕组。矩形绕组与常规圆形绕组从设计、匸艺制造上 都自较大I乂别。由J：导线对矩形模貝的帖服性较圜 形绕组差，耍

8、控制好矩形绕组的彳仝向尺Jo设汁上W 当采选取介适的绕制裕度，丄艺上采用夹口整型，矩 形绕组的径向尺寸得到很好的控制。2.4联接组选择山丁非品介金铁心采用三相四框五柱式，为避免 3次谐波在2个呀柱上形成冋路，联接组采用Dynllo 2.5工艺控制匸艺控制是设计与制造非晶合金干变过程中的一个 不可忽视的因素。H前，对丁非晶合金干式变斥器三相 五柱式的装朮设计主耍有2种装配方式：倒装式和平装 式。装汕的方式影响非品合金铁心接缝的质吊:，而铁 心接缝的质锻会直接影响产品的噪声。一般來说，平 装式对J：非品卷铁心开I I损坏垠小，接缝丿贡锻般好，何 效的避免碎片落入绕组内，但相对的L艺耍求更rOj o

9、非晶合金铁心开口接缝的处理一般遵循以卜原则: 搭接长度12 16 nnn,不得小于8 mm：搭接而平整, 无毛刺、尖角:搭接后可用特殊胶水（3 M胶水）或耐話 温胶封堵，以防止饮心碎片产生和减小接缝处的農动。 2.6机械强度非晶介金干式变压器结构上与传统的干式变器羞 丹较大，山于非品合金材料的特殊性,受外加应力肩，损 耗会增加60%左右，噪声也随之览大，严豆彩响性能。内 此，必须保证非阳合金铁心不受外加W力。为J不让铁 心过丁受力，铁心息挂在绕组上，铁心只承受口身的质 量,没有其他的压紧力。结构上，器身上下左右采用Q 形弯板结构的夹件装配结构，绕组和饮,匚、L1I结构件支 撑。所以，上下夹件的

10、承受强度成了结构设计的关键。通过力子分析，介理选取夹件的折巧板厚度及折 弯尺寸，保证夹件承受的最大应力“小丁夹件钢材的 许用应力”。2.7抗短路能力曲于非晶合金铁心不能受外力，所以结构上的特 殊性决定r非胡合金干式变斥器的受力不如传统的 变爪器好。所以，灾发短路承受试验成r非品合金干 式变斥器的生产制造及销售推广的技术“门槛”.由于非胡合金带材的特殊性决定r非胡合金变 jk器铁心选择矩形截鹵，从成本和绝缘距离的角度冷 世，高低JK绕组也设计成矩形。当变丿*器发生短路 时，承受短路电动力时高压绕组径向向外、低压绕组 径向向内的排斥力-矩形绕组的受力不及圆形绕组 均匀，承受短路电动力时容易受力变形

11、。另外，非品 介金干式变爪器结构的特殊性，不足采用将饮心作为 主承亚结构件的传统设计方案，而是绕组轴向承屯结 构。这样，炉形绕fl L的轴向和径向所承受短路电动力 的考验要比圆形绕组严酷。由于绕组轴向通过张块斥紧在上下夹件间，高斥 绕纟11为环氧树脂浇注刚体结构，足以承受铁心质ft和 短路时产生的轴向电动力,轴向电动力的计算与验证 与圆形绕组相同。低压绕组为铜箔绕制，烘炉固化, 其刚性不如树脂浇注。囚此，矩形截而的箔绕低1 k绕 组承爱短路时向内收缩的径向电动力成了非晶介金 干式变压器承受短路时的最严酷点。非晶介金干式变斥器绕红承受径向短路电动力 在结构及受力状况上与圆形绕纽差界较大，不能用圆

12、 形绕组的经验公式计算和验证。可以丿川结构仿真 分析软件对矩形结构的绕组进行有限元分析，可以得 出矩形绕组在承受短路电动力时，长边方向的径向变 形最为严重。因此，在矩形绕组设计时应尽量接近正 方形,这种情况下受力变形最小。在装配过程中，可 以在长宽方向加垫支撑物块以增强具强度。顺特电气有限公司的非晶介金干式变压器1 250 kVA试验样机在电力匸业电气设备质岚检验测试中 心一次性通过三相突发短路试验，足国内通过该试验 中产品样机容崑最大的非晶合金干式变斥器。3经济效益和社会效益我国足枇界上能源消费增长最快的国家，同时也 是能源紧缺国家，节能是我国建设节约些社会的一项 必不可少的国策。为满足社会

13、可持续发展和保护生 态环境的需耍，国家发展和改革委员会C将非胡合金 变压器列为重点推广节电产品。对非晶合金变 压器经济性分析有很多方法，分析的角度也不尽相 同。根据电力行业标准DL/T9852005配电变压器 能效技术经济评价导则捉供的祀电变压器能效的技 术经济分析计算方法中提出的总拥有费用浓TOC （Total Owning Cost ）的概念，能够全面、充分农达所购 变斥器的综合费用，它综介r变JK器的初始费用和等 价现值的损耗费用。7Y7C曲：=C7 +（ 4 x Po 十 X /） 式中，TOCyyC为汕电变床.器的综合能效费用，元;C/为 配电变压器设备初始费用，元：匕）为变爪器额定

14、空载 损耗，kW：匕为变丿K器额定负我损耗，kWM为单位 空我损耗的等效初始费用，元/kW；为单位负我损耗 的等效初始费用，元/kW以机械企业为例，假设使用年限20年，贴现率 为8%,年带电时间为8 760 h,单位川容屋费用为 20元/kW,电量电费为0.65 7U/kWh,年最大负载时间 为5 500 h,负磯率为0.75,则A = Klv x ( Eti x Hp、+ ?, x 12 )_1 - l/ 1 +O.O8)20亓0. 08 x (0. 65 x8 760 +20 x 12)B =CErXT + Et x2) xPL2=(0. 65 x 5 500 十20 x 12) x 1

15、1/( 1 十0. 08 ) 丁00.08 x 0. 752= 21. 1 元/kW以315 kVA为例，对SCBH15些非品合金干式变丿E 器与SCB9型普通干式变斥器的性能比较怙况见表lo衣1 非晶合金十式变压器与普通十式变压器性能比较性能参数SCBH15 型SCB9 型空载损耗/w280880负载损耗(120龙)/W3 4703 670与SCB9型普通干式变压器相比,同等规格的 SCBU15型|三晶介金T式变压器的价格耍高出约20 000 元(参羽价)。I1J此可计算ill两者的7SC值签值A roc = - 20 000 + 5& 3 x ( 880 - 280 )+ 21. I x

16、(3 670 -3 470) = 19 170 7C在寿命期内，使用非晶合金干式变爪器勞换同规 格普通干式变斥器，可节约费用19 170元。而一般干 式变用器的运行寿命为30年，经济效果更好。综合 所述，非品合金干式变压器经济性显著。在能源LI益紧帐的今天，人们会更加璽视能源的 节约和介理便用。“ I一五”期间，我国经济社会发展 的主耍LI标之一足单位国内生产总值能源消耗降低 20%左右。前不久，国家发展和改革委员会制定的屮 长期节能规划中规定，从2006年起嗖在用电设备上 推行强制的能效标准、节能认证与能效标示等措池， 这表明节能I作已经刻不容缓。冃前我国输配电损耗占电力产帚:的比匝高达 7

17、% ,这种状况便电力利用率降低，造成I -大的电力浪 费。提高输配电设备的运行效率，降低变压器损耗LA 成节能1作的为务之急。配电变斥器作为电力传输 系统的重要设备，由于使用虽大、运行时间长，具有很 大的节能潜力。随石我国经济的发展，妹础建设的扩 张，近年來配电变斥器的需求诫和产晴自絞大增长。 在我国，配电变压器的生产企业右T 000多家，年产锻 已达5 000 Jj kVA左右,占全部变压器年产虽的 1/3左右。近年來全国电力负荷年增2 10%以上，相 当丁每年新增约37万台315 kVA配电变压器，若全 部采用节能的非晶介金变压器，一年可节省电量 24. 6亿kWh,超过秦ill核电站20

18、03年全年发电员o 如将这些电吊:折算成能耗和废气排放，相泊于每年减 少煤耗101力t,减少：氧化碳排放203 Jj to非品合 金变压器是名副其实的“节能先锋”。4结束语由于非晶合金变压器是顺应节约型社会需要的一 种巧能效來非常突111的环侏产品，随看国家能源政策 的实施，运行可靠、节能降损的年品介金变压器将会越 來越受到車视和推广。1:1前，非晶介金变压器已在部 分地区？遍使用，节能效果明显。随着近年碇钢片的 价格不断攀升，以及顺应节约化社会的需咚，非晶介金 产品的市场竞争优势逐渐突显，特别是在H前供电紧 张的形势卜，用户对新的节能空产品的需求更加旺盛。5参考文献1 蔡长虬王锋.非品合金配电变压器的特性初探j.变压器 2005.42(10):12 -14.2 陈玉国.非品介金铁心配电变乐器的分析J.电力设备， 2005,6( 12):56 -58.3 张爽，王晓建,朱宏,等耶晶合金环氧浇注干式变压器J.变压器,2005,42(9):11 -13.收稿日期：200610-16作者简介：刘 燕(1969)，女，高级工程师，总工程师，主要从苇干 式变爪器、电抗器的技术开发与全I何技术管理匸作；黎剑锋(