非晶合金变压器的发展及应用
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【摘 要】介绍了非晶合金的产生，非晶合金变压器在我国的发展及在全球的应用，探讨了非晶合金变压器在应用中的优势。
【关键词】非晶合金变压器；应用前景；特点
变压器是输变电中的损耗大户，在配电网损耗中变压器损耗约占30%～60%，其中空载损耗约占变压器损耗的50%～80%，因此推广高效节能的变压器是电网节能的重要途径。非晶合金变压器是用非晶合金材料代替硅钢片制造变压器。非晶变压器有超低的铁损,其铁损比常规干式变压器平均低75%~80%。同时有超高的效率特性,损耗低，省能源，发电厂排放的SO2、CO2废气可大大减少，降低环境污染，对环境保护及降低温室效应有很大的益处。非晶变压器损耗低,产生热量少，温升上升缓慢,故变压器整体温度低绝缘裂化缓慢,可靠性高，变压器寿命长。因此，非晶合金变压器是一种高效节能的变压器，世界主要国家都在大力推广这种节能环保型变压器。为满足社会可持续发展及保护生态环境的需要，当前我国国家发改委已经将非晶合金变压器列在我国重点推广的节能产品之中。
1、非晶态合金的产生
非晶态合金主要是以铁(Fe)、钴(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等元素按一定的配比合成,在制造的过程中，采取急速冷却的工艺，使得金属没有明显的晶格界面，形成无规则的非晶态结构，也就是“非晶合金”。最早发现非晶合金的是美国加利福尼亚大学的研究人员。1978年美国开始研制，1982年上网正式运行。
由于铁磁材料具有高的磁导率，对产生同样大小的磁通所需要的安匝数是不同的。也就是产生同样的磁通，磁导率大的材料所需的安匝数小，反之所需的安匝数大。由于铁磁材料具有高的磁导率，变压器发展初期，使用普通铁片作为铁心材料。20世纪40年代，冶金企业开发出冷轧取向磁性钢片，逐渐取代了热轧片。20世纪70年代后，开发出高导磁性钢片（Hi-B），其单位损耗和励磁安匝比普通晶粒取向磁性钢片要小。20世纪80年代，又开发出磁畴细化（通过激光照射或机械压痕方法）的更低损耗的磁性钢片。
非晶合金铁心是继冷轧晶粒取向硅钢片后的另一种铁心材料，其特点是空载电流和空载损耗相对取向硅钢片有很大幅度的下降。20世纪60年代中期，国外已经开始研究非晶材料，1974年发现其中铁基材料非晶合金用于制造变压器。美国GE公司最早用非晶合金制造出25kVA变压器。我国从1986年开始试制非晶合金变压器。
非晶合金变压器主要分类为油浸式和干式这两种。非晶合金干式变压器包括了敞开式和环氧浇注式这两种型式，其中以环氧浇注型式为最多。以为铁心结构与材料性能上的差异，环氧浇注非晶合金干式变压器在与普通环氧浇注干式变压器结构上相比存在很大的差异。非晶合金变压器一般是三相四框五柱式结构，铁心为矩形截面；高低压绕组相应做为矩形，高压绕组为线绕式、环氧树脂浇注的结构，低压绕组一般为箔绕式。非晶合金干式变压器传承了传统干式变压器的阻燃、难燃、免维护和可靠性高等优点，成为一种新型损耗低的干变。若能从技术上解决其噪声、受力及成本问题，凭借非晶合金干式变压器良好的经济性和节能性，非晶合金干式变压器将会有广阔的应用前景。
2、非晶合金变压器在全球的应用
当前美国有以CE公司为代表的9家以上的企业生产非晶合金变压器，每年的非晶合金变压器生产能力已超过30万台。相对于同容量硅钢片配电变压器而言，非晶合金变压器的空载损耗比下降了60%以上。美国政府推出一系列能源方面的计划和措施来推广非晶合金变压器。美国在非晶合金变压器的应用和生产上都领先世界。欧洲方面瑞士ABB公司，英国CET-阿尔斯通公司，西班牙Bilbao-ABB Trofodld SA公司，日本的大阪变压器厂、日立公司、东芝公司、高岳制作所、爱知电机公司等以及东南亚等区域都在大力生产并广泛应用。
3、非晶合金变压器在我国的发展
在我国有关非晶合金变压器的研发制造工作开始于“七五”期间。1986年5月，上海钢铁研究所与宁波变压器厂合作，用该所研制的非金合晶带材试制出国内第一台单相3kVA非金合晶变压器。在1988年9月，上海钢铁研究所与上海冶金设备厂，上海硅钢片厂合作采用传统叠片式结构成功研制100kVA三相非晶配电变压器。而在1989年8月，上海钢铁研究所与洛阳变压器厂试制出三相30kVA卷绕式非晶铁芯配电变压器。1991年至1995年，上海冶金设备总厂采用钢研总院生产的铁基非晶带材，试制出多台20kVA、30kVA、50kVA、100kVA三相卷绕式非晶配电变压器。经过对运行中测试的数据和参数分析，证实节能效果显著，运行稳定、可靠；具有温升低，抗过载能力强的特点。1995年8月，天津、上海、北二变、佛山、辽阳和保定等六个变压器厂，试制出SHll—160、200、315、500kVA四种规格共六台样机，并通过国家鉴定。1998年2月，上海置信公司引进美国GE公司的非晶变压器制造技术和非晶变压器生产线正式签约，成为国内唯一既能制造非晶合金变压器铁心又能生产非晶变压器的企业。中机联供于2006年2月10日投产3000t产能的非晶配电变压器铁心生产线，成为我国继置信电气之后能够规模化生产非晶铁心的企业。
在配电网和新能源领域，预计末来10年非晶合金变压器的总需求量将达12.7亿kVA，按每台315kVA计算约403台，市场规模达1613亿元。而09年非晶合金变压器市场规模才约17亿元，可以预见未来非晶合金变压器市场空间巨大，前景广阔。从2000年开始国内已可以批量生产非晶合金变压器了，但国家电网一直没有大力推广，主要是考虑上游原材料（即非晶合金带材）供给不足，价格高；而且行业的垄断利润是被外资企业获取。目前我国安泰科技公司的非晶合金带材已量产成功，产能四万吨每年，打破了外资企业在我国的垄断地位。因外资企业的产能释放，非晶合金带材的供给瓶颈以及核心技术被国外垄断的问题都将解决，这大大有利于推广非晶合金变压器。此外，我国2004年、2006年、2010年先后出台了一些政策法规及强制性国家标准，加强节能减排工作，也使各省市政府职能部门及电力企业充分认识到加强节能减排工作的重要性和紧迫性，加强了高效节能变压器的推广力度。非晶合金变压器属高新技术，绿色环保节能产品，国家已将非晶变列为“十一.五”期间重点推广项目。
4、结论
非晶合金变压器有着良好的经济性和节能性，目前全球大多数国家都在生产和推广非晶合金变压器，是未来的主流方向。参考文献
[1]曹庆波.非晶合金在变压器中的应用.电气时代,2007年,第9期,第92页
[2]刘燕,黎剑锋,蔡定国.非晶合金干式变压器的特点及性能分析.电气制造,2007年，第4期,第48页