摘要：在變壓器制造中，非晶合金材料將逐步取代傳統(tǒng)的硅鋼片鐵芯變壓器制造技術(shù)，成為新一代節(jié)能降耗產(chǎn)品。這對提高電網(wǎng)自身電能質(zhì)量，降低損耗，最大限度利用能源轉(zhuǎn)換，降耗節(jié)能，增加電力企業(yè)活力，將有不可估量的作用。

關(guān)鍵詞：非晶合金變壓器；配網(wǎng)；節(jié)能

　　1 非晶合金變壓器的特點

　　1.1 材料特點

　　電力變壓器傳統(tǒng)的鐵芯制造技術(shù)是以硅鋼片為基本材料，在降低變壓器自身損耗上，無論任何國家及制造廠商，均是以選用優(yōu)質(zhì)硅鋼片為先決條件來降低變壓器自身損耗，來提高電能的轉(zhuǎn)換能力。

　　隨著原材料制造工業(yè)的技術(shù)發(fā)展，目前變壓器制造行業(yè)，尤其是配網(wǎng)使用的小型變壓器，制造廠家開始采用非晶合金為鐵芯制造材料的變壓器。通常所說的非晶合金，是指一種采用特殊的超快速致冷工藝加工而成的金屬材料，由于材料生產(chǎn)工藝的限制，一般均為帶材。

　　非晶合金在其制造過程中采用了超急冷凝固的技術(shù)，使得在材料的微觀結(jié)構(gòu)中，金屬原子在從液體（鋼水）固化成固體的過程中，原子來不及排列成常規(guī)的晶體結(jié)構(gòu)就被固化。這種原子結(jié)構(gòu)無序排列的狀態(tài)即稱為非晶態(tài)，由此生產(chǎn)而成的材料被成為非晶合金。

　　非晶合金材料被發(fā)現(xiàn)具有非常優(yōu)異的導(dǎo)磁性能，它的去磁與被磁化過程極易完成，較硅鋼材料鐵芯損耗大大降低，達到高效節(jié)能效果。因而作為一種極其優(yōu)良的導(dǎo)磁材料被引入變壓器等需要磁路的產(chǎn)品中。采用非晶合金制造成變壓器鐵芯，并組裝成的變壓器，即稱為非晶合金變壓器或非晶合金鐵芯變壓器。

　　1.2 環(huán)保特點

　　選用非晶合金為鐵芯的變壓器，其顯著特點就是節(jié)能和環(huán)保。首先在環(huán)保方面，經(jīng)技術(shù)檢測，當非晶合金鐵芯用于油浸變壓器時可有效減排CO、SO、NO等有害氣體，對大氣污染程度降低，所以可以稱其為21世紀電力產(chǎn)品中的“綠色產(chǎn)品”。其次，非晶合金變壓器最顯著的特點是空載損耗很低，節(jié)能效果明顯。由于非晶合金材料具有優(yōu)越的導(dǎo)磁性，更易于以極少能耗磁化或消磁。因此非晶合金變壓器的空載損耗遠遠低于傳統(tǒng)變壓器。以SEC公司（美國超導(dǎo)能源公司）生產(chǎn)的500kVA非晶合金變壓器為例，非晶合金變壓器和S9型變壓器的空載損耗分別為190W和900W。非晶合金變壓器的空載損耗僅為S9型變壓器的20%左右，節(jié)能效果非常顯著。對于公路、城市基礎(chǔ)設(shè)施及住宅小區(qū)等電力負荷波動較大的領(lǐng)域，非晶合金變壓器的節(jié)能效益更加明顯。由于節(jié)能效果顯著，可節(jié)省大量的電廠投資，減少發(fā)電燃料的消耗，從而減少對大氣環(huán)境的污染。

　　1.3 綜合成本特點

　　由于非晶合金變壓器采用了新材料新技術(shù)，工藝復(fù)雜，因此其產(chǎn)品價格較傳統(tǒng)變壓器高，一般比同型號傳統(tǒng)變壓器高30%左右；但由于其節(jié)能效果顯著，運營成本較低，所以其綜合使用成本較傳統(tǒng)變壓器低。以500kVA的非晶合金變壓器與常用的S9型變壓器相比，非晶合金變壓器每臺每年可節(jié)約電能6832.8kWh，一年節(jié)約電費5207元（現(xiàn)北京城區(qū)商用電電價為0.762元/kWh）。雖然非晶合金變壓器比S9型變壓器價格高30%左右，但所增加的成本，可在該變壓器運行的3~5年內(nèi)全部回收。

　　1.4 結(jié)構(gòu)性能特點

　　非晶合金變壓器采用全密封式結(jié)構(gòu)，可延緩變壓器油和絕緣紙的老化，不僅結(jié)構(gòu)緊湊，而且具有運行效率高、免維護的優(yōu)點。非晶合金變壓器由于損耗低、發(fā)熱少、溫升低，故運行性能非常穩(wěn)定。非晶合金變壓器低壓繞組為箔繞式，損耗低、抗短路能力強、結(jié)構(gòu)先進合理。變壓器的聯(lián)結(jié)組別采用Dyn11，可減少諧波對電網(wǎng)的影響，改善供電質(zhì)量，提高供電可靠性。

　　2 非晶合金變壓器節(jié)能效益分析

非晶合金變壓器與S9系列變壓器相比，其主要損耗的降低取決于空載損耗的大幅度降低。

　　2.1年節(jié)電費用比較

　　通過直接比較兩種變壓器的年空載損耗成本，來計算年節(jié)電費用，可簡單直觀地體現(xiàn)非晶合金變壓器的節(jié)能效益?，F(xiàn)以400kVA 、500kVA 和800kV的10kV變壓器為例來進行兩種能耗對比，見表1。

　表1 非晶合金變壓器電費節(jié)約比較

　　由表1可見，非晶合金變壓器的電費節(jié)約效益顯著，以500kVA為例，假設(shè)非晶合金變壓器的售價比S9貴1.8萬元/臺，每年節(jié)約的電費是5207元，簡單計算，購買非晶合金變壓器多增的投資，靜態(tài)回收期是3.8年，即多增的投資，在產(chǎn)品運行3.8年后，即可通過少支付電費的節(jié)約來回收。按產(chǎn)品使用期20年計算，在剩余的16.2年中共可節(jié)約電費76480元，幾乎可以新購一臺變壓器。如果當?shù)氐碾娰M超過0.70元/kWh，則節(jié)能效益更顯著。

　　北京市電力公司城區(qū)供電公司配網(wǎng)運行592座開閉站（配電室、箱變），運行變壓器為1131臺，總?cè)萘?06890kVA。在運行的變壓器中，型號多為S7/S8/S9 形式。運行負載率在1%以下為79臺；運行負載率在1%～50%為1014臺；負載率在50%以上為38臺。變壓器空載損耗是非常大的。如果采用非晶合金變壓器，降低設(shè)備空載損耗，對降低線損和提高公司經(jīng)濟效益，意義將十分重大。

　　2.2 考慮無功分量和負載率時節(jié)約能耗估算

　　當變壓器運行時，不同的負載率有所不同，年運行能耗也不同，以200kVA 和500kVA 兩個容量比較，非晶合金變壓器與S9 硅鋼變壓器的性能參數(shù)和年運行能耗，見表2。

　表2 非晶合金變壓器節(jié)能效果比較表

　　注：假設(shè)無功當量系數(shù)取0.1kW/kvar；年平均負載系數(shù)按0.35，年運行時間按8760h計算。

　　從表2可知，一臺500kVA 的非晶合金變壓器運行一年后，比S9硅鋼變壓器節(jié)約能耗約9.4MWh，按0.7625元/kWh計算，每年可節(jié)約電費7167.5元。

　　2.3 性價比測算

　　總擁有費用法（簡稱TOC法）是一種評價變壓器能耗和價格合理性比較全面的性價比評估方法，在國外的變壓器采購評估中被廣泛使用。它是根據(jù)綜合比較變壓器價格和能耗水平的原則，按照總擁有費用最低來選擇變壓器。

　　當非晶合金變壓器的售價是S9變壓器的1.3倍時，TOC法測算的非晶變壓器性價比仍比S9高10.3%。

　　2.4 投資價差回收

　　非晶合金變壓器的空載損耗較S9降低80%左右，假設(shè)其價格僅比S9系列平均高出30%，其負載損耗與S9變壓器相等。當不考慮投資的貨幣時間價值，采用靜態(tài)投資回收期計算法進行計算，可得出在不同負載率情況下，多增投資可在多長時間內(nèi)回收。

　　以500kVA 為例，經(jīng)計算其節(jié)能效益與投資效益見表3：

　表3 按500kVA變壓器為例的節(jié)能效益和投資效益

　　2.5 投資價差回收年限計算

　　投資價差回收年限，一般有靜態(tài)和動態(tài)計算方法。

　　靜態(tài)投資回收期：不考慮投資的貨幣時間價值。

　　動態(tài)投資回收期：考慮投資的貨幣時間價值，將現(xiàn)在投資及未來收益均以資金的折現(xiàn)率折為現(xiàn)值。此法計算復(fù)雜，要涉及通貨膨脹率、資金銀行利率、折現(xiàn)率等，因此不確定因素多?，F(xiàn)采用靜態(tài)投資回收期計算法。

　　假設(shè)500kVA S9硅鋼變壓器的售價為8萬元，對應(yīng)非晶合金變壓器的售價高30%，則兩者的售價差價是24000元：

　　在負載率β＝20%時，非晶合金變壓器投資的回收年限為3.1（年）；

　　在負載率β＝75%時，非晶合金變壓器投資的回收年限為3.1（年）。

　　國家《關(guān)于節(jié)約能源基本建設(shè)項目可行性研究的暫行規(guī)定》中指出：計算投資回收年限一般不應(yīng)超過5年，最長不超過7年，按政策規(guī)定，非晶合金變壓器比S9變壓器多投資的部分，均在政策規(guī)定的年限內(nèi)收回，因此推廣應(yīng)用非晶合金變壓器，符合國家節(jié)約能源的政策導(dǎo)向。

　　3 非晶合金變壓器在電力市場的發(fā)展現(xiàn)狀

　　3.1 非晶合金變壓器的發(fā)展過程

　　非晶合金變壓器是在20世紀80年代初由美國開始研發(fā)生產(chǎn)的，當時美國認識到非晶合金變壓器對電力線路節(jié)約能源損耗的巨大潛能，由美國電力委員會組織了GE公司、霍尼韋爾公司、美國超導(dǎo)能源公司、美國南方電力公司等八大相關(guān)機構(gòu)，聯(lián)合對非晶合金變壓器產(chǎn)品的商業(yè)化運作設(shè)計、制造、運行等環(huán)節(jié)，進行技術(shù)研發(fā)和實際運行可靠性驗證，至20世紀90年代初，歷時10年獲得成功，于是非晶變壓器開始了真正的規(guī)?；虡I(yè)化經(jīng)營。

　　至今，規(guī)模化生產(chǎn)已近20年，目前在全世界范圍內(nèi)被廣泛推崇，其中美國、加拿大、墨西哥、日本、印度、韓國等國家和臺灣地區(qū)均有大量非晶合金變壓器在掛網(wǎng)運行。特別是在日本，政府鑒于節(jié)約能源對國家發(fā)展的重要性，該國從2000年開始逐步提高非晶合金變壓器的上網(wǎng)比例，到2005年時，日本已規(guī)定所有配變必須使用非晶合金變壓器，在配電領(lǐng)域徹底淘汰相對高耗能的硅鋼變壓器。

　　中國從1998年開始批量生產(chǎn)，應(yīng)用至今約有幾萬臺非晶合金變壓器掛網(wǎng)運行，容量自5kVA至1600kVA，產(chǎn)品形式包括箱式變電站和配變，最近幾年，鑒于國家對節(jié)能減排的重視，非晶合金變壓器的使用量呈爆發(fā)式快速上升趨勢。

　　3.2 非晶合金變壓器在國內(nèi)市場的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　在國內(nèi)，由于非晶合金變壓器的售價相對硅鋼變壓器要高，使其總的使用量受到限制，但近幾年，有兩個因素促使它的使用量快速提高。首先是由于銅價和硅鋼的價格飛速上漲，而非晶合金材料的價格基本維持不變，同時實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)后產(chǎn)品成本的降低，使得兩者的售價差距迅速縮小，非晶合金變壓器稍高于常規(guī)變壓器的價格已被市場接受；其次是國家對節(jié)能環(huán)保問題的重視，使得一些有能力和有預(yù)見的地區(qū)率先大規(guī)模采用。目前已大批量采用的地區(qū)有上海、江蘇、浙江等，另有許多地區(qū)正處于批量應(yīng)用和運行評估階段，如東北、寧夏、山西、云南、廣東、福建等。其中需要特別指出的是江蘇省電力公司，他們內(nèi)部規(guī)劃今后新上線路和改造線路，非晶合金變壓器的使用量不得少于30%，2008年的非晶合金變壓器的招標數(shù)量達到為2萬多臺，已走在了全國前列。

　　3.3 非晶合金變壓器的生產(chǎn)狀況

　　目前國內(nèi)市場中聲稱能生產(chǎn)非晶合金變壓器的生產(chǎn)廠家多達幾十家，但真正能實現(xiàn)規(guī)模化批量生產(chǎn)的廠家其實并不多。其中大部分的生產(chǎn)廠家均為原先的硅鋼變壓器生產(chǎn)廠家，其采購了非晶合金鐵芯后，套用改進原來的硅鋼變壓器生產(chǎn)技術(shù)進行生產(chǎn)，導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性有欠缺，對非晶合金變壓器的市場形象造成了不利影響。

　　其實，非晶合金變壓器的設(shè)計生產(chǎn)技術(shù)有它的特殊性，非晶合金材料和晶體化的硅鋼材料在某些材料特性上完全不同，因而兩種產(chǎn)品的設(shè)計加工技術(shù)也有很大的不同。

　　3.4 非晶合金變壓器的市場趨向

　　3.4.1 經(jīng)濟背景

　　隨著國民經(jīng)濟的高速增長，國內(nèi)電力工業(yè)得到蓬勃發(fā)展，并可預(yù)見在未來的20年內(nèi)電力市場仍將保持高速發(fā)展的態(tài)勢。非晶合金變壓器作為一種高效節(jié)能的產(chǎn)品，在20世紀90年代已經(jīng)逐步引入電力市場，隨著它作為一種新產(chǎn)品被市場逐漸的認知，到2000年已經(jīng)有一些廠家規(guī)?；a(chǎn)，但由于非晶合金變壓器的材料成本比常規(guī)變壓器的材料成本高很多，約束了它的大規(guī)模推廣。自2004年以來，常規(guī)硅鋼片材料和銅材的價格暴漲，而非晶合金的價格保持在原位，使得兩者的價格差大幅度縮小，從而激發(fā)了非晶變壓器的銷售量大幅上升。更為重要的是，除了成本原因外，國家在經(jīng)濟發(fā)展政策中提出了“能耗/GDP”的考核指標，這表示國家在產(chǎn)業(yè)政策中將大力推行節(jié)能產(chǎn)品的應(yīng)用。非晶合金變壓器作為一種高效節(jié)能的產(chǎn)品，已引起了國家發(fā)改委和電力部門的高度重視。江蘇省、上海市和浙江省等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，以及電力供應(yīng)不足地區(qū)已進入大批量采用階段。

　　3.4.2 政策背景

　　目前國家已著手解決電力結(jié)構(gòu)性矛盾，改變過去“重發(fā)、輕供”的傾向，正重點發(fā)展電網(wǎng)建設(shè)，加快城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造，堅決淘汰掉那些低效、高耗、性能落后、安全性差的設(shè)施，努力發(fā)展節(jié)能型的電氣設(shè)備。非晶合金變壓器高效節(jié)能的顯著優(yōu)點，為電力市場提供了一種良好的選擇。

　　由于政府十分重視節(jié)約能源和環(huán)境保護。20世紀80年代中期，政府強制性地采用S7系列配電變壓器，在全國范圍內(nèi)淘汰正在電網(wǎng)運行的JB1300-73和JB500-64標準的高能耗變壓器。從1998年開始，政府又不惜代價地在全國推行兩網(wǎng)改造，用S9系列配電變壓器取代S7系列變壓器。這先后兩次全國大規(guī)模的更新?lián)Q代，新產(chǎn)品僅比老產(chǎn)品降低空載損耗約8%～15％，可見國家在節(jié)約能源、環(huán)境保護方面的決心是很大的。非晶合金變壓器其空載損耗僅為S9系列的20％，其節(jié)能效果已引起了國家有關(guān)部門的高度重視，不排除會強行推廣的可能性。

　　3.4.3 快速增長的機會

　　近年來，我國國民經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)投資增加，國家對社會的可持續(xù)發(fā)展愈加重視，隨著相關(guān)決策層對節(jié)能環(huán)保的重視，節(jié)能電力設(shè)備的市場需求將快速增長，可以預(yù)見將對非晶合金變壓器的應(yīng)用，將帶來市場增長的機會。

　　電力需求的加速增長，導(dǎo)致了電力供給緊張。同時，由于前幾年我國的電力規(guī)劃較為保守，近三年的電力裝機容量增長一直落后于用電量的增長。未來幾年，電力需求將保持持續(xù)的增長。

　　國家電網(wǎng)的建設(shè)，加上西電東輸、城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造、三峽工程等大型電力項目的深入推進，以及國家電力行業(yè)體制改革的深化，國家在電力工業(yè)固定資產(chǎn)的投資力度將有可能加大。