陳玉國(guó)
（山東達(dá)馳電氣股份有限公司，山東省 成武市 274200）

摘要： 分析非晶合金配電變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)、空載損耗、噪聲、抗短路能力、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性等問題。文章認(rèn)為，非晶合金配電變壓器節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)性好、應(yīng)推廣應(yīng)用。文章還建議采用外國(guó)的一些優(yōu)惠政策，以鼓勵(lì)發(fā)展，推廣我國(guó)的非晶合金配電變壓器；應(yīng)盡快采取措施，著力解決一些地方存在的招投標(biāo)不規(guī)范和地方保護(hù)的問題，杜絕劣質(zhì)產(chǎn)品混入電網(wǎng)。

關(guān)鍵詞： 配用電系統(tǒng)；變壓器；非晶合金鐵心變壓器；空載損耗；噪聲；抗短路能力 　　

0　 引言

　　我國(guó)自1998年開始進(jìn)行大規(guī)模城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)與改造以來，采取推行S9型節(jié)能配電變壓器、停止生產(chǎn)S7型和淘汰電網(wǎng)中“64”和“73”系列高耗能變壓器等措施，對(duì)降低電網(wǎng)線損起到了積極作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)線損率從1996年的8.52％下降到2004年的7.59％。但與先進(jìn)國(guó)家相比仍高出1.5～2個(gè)百分點(diǎn)，相當(dāng)于每年多損耗150億～200億kWh電量。可見降耗任務(wù)很重，潛力也相當(dāng)大。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與科技部于2005年共同組織起草了《中國(guó)節(jié)能技術(shù)政策大綱》（征求意見稿），明確指出：“推廣生產(chǎn)和應(yīng)用S11型及非晶合金鐵心型低損耗變壓器、低能耗導(dǎo)線、金具等節(jié)能型配電設(shè)備及附件。2010年前，淘汰電網(wǎng)在役的S7型及‘73’、‘64’型高耗能變壓器設(shè)備”。非晶合金配電變壓器作為節(jié)能效果十分明顯的配電技術(shù)和設(shè)備，近年正逐漸地被制造廠和廣大用戶所接受。

1 　非晶合金鐵心

　?。?） 非晶合金鐵心片厚度極薄，僅0.025mm，不到常用硅鋼片的1/10；疊片系數(shù)較低，只有0.86；帶材有142、170、213mm 3種寬度。

　?。?） 非晶合金的飽和磁通密度較低，單相變壓器一般取1.3～1.4T，三相變壓器一般取1.25～1.35T，因此，產(chǎn)品設(shè)計(jì)受到材料的限制。

　　（3） 非晶合金的硬度較大，是取向硅鋼片的5倍，因此，加工剪切很困難，對(duì)設(shè)備、刀具要求較高。一般是對(duì)邊緣剪切處進(jìn)行加溫從而獲得良好的剪切面，心柱由同一寬度的非晶合金帶卷制而成，故鐵心截面呈長(zhǎng)方形，相應(yīng)的高、低壓繞組均為矩形。

　?。?） 非晶合金在成材過程中急速冷卻和卷繞鐵心時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，為了獲得良好的損耗特性，非晶合金鐵心成型后必須在一定的磁場(chǎng)條件下進(jìn)行退火處理。其退火工藝比較復(fù)雜，要求較高。

　　（5） 非晶合金鐵心材料退火之后的脆性（易產(chǎn)生碎屑）也是設(shè)計(jì)制造時(shí)需關(guān)注的問題，需要采取一定的工藝措施。

　?。?） 非晶合金鐵心材料對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應(yīng)力都會(huì)影響其磁性能，所以，鐵心的損耗會(huì)隨著壓力的增大而增加。這需要在器身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案中予以充分考慮。

　?。?） 單相非晶合金鐵心變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)一般為“框”形，如圖1所示；三相變壓器的結(jié)構(gòu)則由4個(gè)“框”合并成類似的三相五柱式結(jié)構(gòu)，如圖2所示；容量較大時(shí)，則采用8個(gè)鐵心框疊放在一起的結(jié)構(gòu)。

圖1 單相非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 三相非晶合金鐵心結(jié)構(gòu)示意圖

2　 非晶合金鐵心變壓器運(yùn)行后的空載損耗

　　非晶合金片磁滯損耗和渦流損耗都明顯低于取向硅鋼片，因此非晶合金鐵心配電變壓器的空載損耗只有S11型配電變壓器空載損耗的40％，甚至更少［1］。但也有人認(rèn)為，運(yùn)行后的非晶合金鐵心變壓器的空載損耗會(huì)呈增加趨勢(shì)。

　　此問題早在開發(fā)非晶合金變壓器期間已經(jīng)有所考慮。1982年，第一臺(tái)非晶合金鐵心變壓器在美國(guó)掛網(wǎng)運(yùn)行；1983年，美國(guó)電力研究院（EPRI）、GE公司及紐約州電力公司曾考慮到了這一問題，并于1985年，將已制成的1
000臺(tái)25、15kVA柱上變壓器送到90個(gè)EPRI成員單位進(jìn)行為期2年的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)表明，運(yùn)行2年后其空載電流和空載損耗與交付試驗(yàn)時(shí)的極為接近［1］。

　　日本東京電力公司、Takao電氣公司和日立電氣公司對(duì)非晶合金變壓器的長(zhǎng)期可靠性做了深入細(xì)致地研究。他們從1991年起對(duì)不同容量的200臺(tái)非晶變壓器進(jìn)行了加速老化、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)荷和振動(dòng)對(duì)變壓器空載特性的影響測(cè)試。研究結(jié)果表明，在30年壽命期內(nèi)，其空載特性是穩(wěn)定的，運(yùn)行是可靠的［2］。

　　我國(guó)對(duì)此問題亦有研究。1995年，作為非晶合金配電變壓器試運(yùn)行單位的甘肅省天水市北道區(qū)電力局，根據(jù)冶金部、電力部關(guān)于攻關(guān)試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)測(cè)試的規(guī)定要求，對(duì)10臺(tái)掛網(wǎng)運(yùn)行2個(gè)月的非晶合金變壓器進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試結(jié)果與運(yùn)行前的測(cè)試值是相一致的［3］。

　　鐵心材料被制作成形鐵心后已經(jīng)過了約400℃高溫的退火處理，這對(duì)于正常運(yùn)行溫度、短路熱穩(wěn)定溫度都已是足夠高的了，所以不必?fù)?dān)心材質(zhì)會(huì)在30年壽命期內(nèi)因溫度而發(fā)生變化。因此，非晶合金變壓器不存在空載損耗在運(yùn)行中會(huì)有所增加的可能。

3 　非晶合金變壓器噪聲

　　研究表明，鐵心片的磁滯伸縮現(xiàn)象是產(chǎn)生變壓器噪聲的主要原因，這與鐵心的尺寸和磁通密度有關(guān)系。在同一磁通密度下的磁滯伸縮程度，非晶合金的這一指標(biāo)比傳統(tǒng)晶粒取向冷軋硅鋼片高約10%。但是，冷軋硅鋼片的飽和磁通密度較高，約為2.03T，而非晶合金的飽和磁通密度較低，約為1.5T。因?yàn)榉蔷Ш辖痂F心變壓器的額定工作磁通密度（1.25～1.35T）要比冷軋硅鋼片鐵心變壓器的額定工作磁通密度（1.63～1.73T）低得多，因而二者的實(shí)際磁滯伸縮是接近的。

　　但是，非晶合金鐵心變壓器與同規(guī)格傳統(tǒng)鐵心變壓器相比，其鐵心質(zhì)量大40%左右，有效截面積大50％以上，這在一定程度上會(huì)使變壓器噪聲增大。

　　另外，鐵心自身結(jié)構(gòu)和制造工藝對(duì)噪聲也有一定的影響。非晶合金鐵心表面涂覆有環(huán)氧樹脂，如果樹脂涂覆不好或由于樹脂質(zhì)量差或調(diào)配比例不當(dāng)而引起樹脂脫落，或者接縫疊裝不整齊等都會(huì)增加變壓器噪聲。因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中有必要對(duì)鐵心和器身采取接縫涂漆、加消音墊等減振措施。