陳玉國
（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的一些優(yōu)惠政策，以鼓勵(lì)發(fā)展，推廣我國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，對降低電網(wǎng)線損起到了積極作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全國線損率從1996年的8.52％下降到2004年的7.59％。但與先進(jìn)國家相比仍高出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

　　（1） 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。

　　（2） 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，對設(shè)備、刀具要求較高。一般是對邊緣剪切處進(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，故鐵心截面呈長方形，相應(yīng)的高、低壓繞組均為矩形。

　　（4） 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。

　　（6） 非晶合金鐵心材料對機(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。

　　（7） 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。

　　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掛網(wǎng)運(yùn)行；1983年，美國電力研究院（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)場試驗(yàn)。現(xiàn)場試驗(yàn)的測試數(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非晶合金變壓器的長期可靠性做了深入細(xì)致地研究。他們從1991年起對不同容量的200臺(tái)非晶變壓器進(jìn)行了加速老化、現(xiàn)場運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)荷和振動(dòng)對變壓器空載特性的影響測試。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］。

　　我國對此問題亦有研究。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)測試的規(guī)定要求，對10臺(tái)掛網(wǎng)運(yùn)行2個(gè)月的非晶合金變壓器進(jìn)行了測試，測試結(jié)果與運(yùn)行前的測試值是相一致的［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)中有必要對鐵心和器身采取接縫涂漆、加消音墊等減振措施。