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(wèn)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(wèn)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(lái)，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。 來(lái)源:http://tede.cn 　?。?） 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。 　?。?） 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。 　　（4） 非晶合金在成材過(guò)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。 　?。?） 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(wèn)題，需要采取一定的工藝措施。 　　（6） 非晶合金鐵心材料對(duì)機(jī)械應(yīng)力非常敏感，無(wú)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)。 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(wèn)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(wèn)題，并于1985年，將已制成的1000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(wèn)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(guò)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。 　　所以，非晶合金鐵心變壓器的聲級(jí)很難控制。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10088—2004《6～500kV級(jí)電力變壓器聲級(jí)》中也指出：“本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的聲級(jí)限值不適用于非晶合金鐵心變壓器，非晶合金鐵心變壓器的聲級(jí)限值由制造單位與用戶協(xié)商確定?！比欢湓肼暡⒉皇遣豢梢钥刂频模诂F(xiàn)有技術(shù)條件下，若在非晶合金變壓器設(shè)計(jì)、工藝、制造、使用過(guò)程中多加注意，精心控制，則非晶合金鐵心變壓器也可達(dá)到傳統(tǒng)鐵心變壓器的聲級(jí)水平。但對(duì)于噪聲要求較嚴(yán)格的場(chǎng)所，建議慎重考慮。 4　 聯(lián)結(jié)組 　　由于三相非晶合金配電變壓器采用三相四框五柱式鐵心結(jié)構(gòu)，每個(gè)相繞組套在磁路獨(dú)立、相鄰的兩框上。每個(gè)框內(nèi)的磁通除基波磁通外，還有3次諧波磁通，3次諧波磁通占基波正弦波磁通的百分?jǐn)?shù)則與運(yùn)行時(shí)額定磁通密度選用值有關(guān)。1個(gè)繞組的2個(gè)鐵心框內(nèi)的3次諧波磁通在相位上正好相反，數(shù)值上相等，因此每1組繞組內(nèi)的3次諧波的磁通相量和為零。 　　當(dāng)變壓器高壓繞組采用D聯(lián)結(jié)時(shí)，3次諧波電流在高壓繞組三角形內(nèi)構(gòu)成回路，在感應(yīng)出的二次側(cè)電壓波形上就不會(huì)有3次諧波電壓分量。當(dāng)然，每個(gè)框內(nèi)的空載損耗還是會(huì)受到各自框內(nèi)2次諧波磁通的影響，因而其聯(lián)結(jié)組一般采用Dyn聯(lián)結(jié)。用戶在選用產(chǎn)品時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。 來(lái)源:輸配電設(shè)備網(wǎng) 5 　抗短路能力 　　上文已介紹非晶合金鐵心的損耗會(huì)隨著壓力的增大而迅速上升。一旦變壓器發(fā)生短路，所產(chǎn)生的沖擊性電動(dòng)力如果直接作用于非晶合金鐵心，鐵心是無(wú)法承受的。因此，在器身結(jié)構(gòu)上，不能采用將鐵心作為主承重結(jié)構(gòu)件的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，低壓繞組應(yīng)自保持，一般將低壓繞組繞在硬筒上，將高壓繞組直接套繞在低壓繞組上，裝配時(shí)將繞組支撐在單獨(dú)的繞組支撐系統(tǒng)上并壓緊固定，這樣可使鐵心不受壓力，減少了變壓器短路時(shí)徑向的內(nèi)縮或外擴(kuò)，從而有效地確保了變壓器的抗短路能力。這種結(jié)構(gòu)已通過(guò)實(shí)際短路承受能力試驗(yàn)證明。 6 產(chǎn)品的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性 　　非晶合金變壓器的節(jié)能效果已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性方面的論證已見諸報(bào)道。在目前市場(chǎng)狀況下，通過(guò)對(duì)SH15型三相油浸式非晶合金鐵心配電變壓器與S11型三相油浸式配電變壓器經(jīng)濟(jì)性的分析比較，就投資回收期而言，非晶合金鐵心配電變壓器在4年多時(shí)間里節(jié)約的電費(fèi)就可以補(bǔ)回投資差額，之后用戶便可長(zhǎng)期受益［1］。 7　 應(yīng)用與發(fā)展 　　推廣應(yīng)用非晶合金鐵心變壓器不僅有良好的節(jié)能效益，而且還有環(huán)保效益。節(jié)能相當(dāng)于減少發(fā)電量或少建火力發(fā)電廠，從而減少了發(fā)電廠排放的CO2、SO2和氮氧化物等。 　　非晶合金鐵心配電變壓器在國(guó)外早已使用并取得了成功經(jīng)驗(yàn)。美國(guó)有100多萬(wàn)臺(tái)非晶合金鐵心配電變壓器掛網(wǎng)運(yùn)行；日本已有35萬(wàn)臺(tái)在運(yùn)行，目前世界上最大的5 000kVA的非晶合金變壓器也在運(yùn)行；歐盟國(guó)家也有應(yīng)用；亞洲的印度、孟加拉國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)等國(guó)家都有非晶合金變壓器制造廠。我國(guó)從20世紀(jì)90年代初開始生產(chǎn)和應(yīng)用非晶合金變壓器，但發(fā)展較為緩慢，推廣的效果不很理想。 　　三相油浸式非晶合金鐵心配電變壓器與S11型三相油浸式配電變壓器相比，其有效材料消耗較大，制造耗費(fèi)工時(shí)較多，因而成本較高。按目前材料價(jià)格計(jì)，前者的價(jià)格約為后者的1.3倍。這一價(jià)格與前些年相比，供需雙方還是可以接受的，這就有利于大范圍推廣應(yīng)用。另外，采購(gòu)變壓器不能只看價(jià)格，應(yīng)對(duì)總費(fèi)用（TOC）進(jìn)行評(píng)估，看其在壽命期內(nèi)的總成本是否最低。這也是國(guó)際上通用的方法。2005年6月，國(guó)家電網(wǎng)公司農(nóng)電工作部在組織討論非晶合金變壓器標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，已將此方法作為該標(biāo)準(zhǔn)的附錄。 　　目前，除油浸式非晶合金鐵心配電變壓器外，根據(jù)市場(chǎng)和用戶需要，又推出了多種非晶合金鐵心變壓器類產(chǎn)品：非晶合金鐵心干式變壓器、非晶合金鐵心地下式變壓器、高燃點(diǎn)油非晶合金鐵心變壓器、非晶合金鐵心組合式變壓器（即美式箱變）、預(yù)裝式非晶合金變電站（即歐式箱變）等等，其應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 8 　結(jié)論 　?。?） 非晶合金鐵心配電變壓器節(jié)能效果顯著，經(jīng)濟(jì)性能良好，較S9、S11型變壓器多投資的部分均可以在政策規(guī)定的年限內(nèi)收回。如一次性投資到位，可避免短期內(nèi)的重復(fù)投資。推廣應(yīng)用非晶合金配電變壓器符合節(jié)約能源的國(guó)家政策導(dǎo)向，產(chǎn)品制造技術(shù)已基本成熟，產(chǎn)品可靠性有保障，完全可以滿足用戶需要，可以大范圍推廣應(yīng)用。 　?。?） 根據(jù)當(dāng)前情況，國(guó)家除進(jìn)行規(guī)劃引導(dǎo)外，宜盡快完善節(jié)能產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范管理辦法，出臺(tái)鼓勵(lì)使用非晶合金變壓器的具體優(yōu)惠政策。如：借鑒外國(guó)政府對(duì)節(jié)能項(xiàng)目采取的鼓勵(lì)科研、生產(chǎn)補(bǔ)貼、減免稅或退稅、購(gòu)買節(jié)能產(chǎn)品有投資補(bǔ)貼、低息貸款等優(yōu)惠政策，加大節(jié)能產(chǎn)業(yè)的財(cái)政、信貸扶持力度。 　　（3） 由于非晶合金鐵心加工制造過(guò)程較為特殊，也比較復(fù)雜，宜采用專業(yè)集中的規(guī)模生產(chǎn)模式，以利于質(zhì)量的控制與保障。變壓器制造廠可以根據(jù)自己的要求定購(gòu)，只利用成型鐵心制造非晶合金變壓器。 　　（4） 用戶要正確看待非晶合金配電變壓器的空載損耗、噪聲、聯(lián)結(jié)組、制造技術(shù)等方面的問(wèn)題。在選用產(chǎn)品時(shí)，要綜合考慮制造廠的制造水平、質(zhì)量保障實(shí)力和售后服務(wù)等因素，切不可單以價(jià)格為選擇產(chǎn)品的依據(jù)。 　?。?） 目前，國(guó)內(nèi)制造非晶合金變壓器廠家在生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)條件、工藝水平等方面存在較大差別。由于某些地方存在招投標(biāo)市場(chǎng)不規(guī)范和地方保護(hù)等問(wèn)題，可能造成一些規(guī)模小、質(zhì)量差的企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)。因此建議盡快采取措施，改變這種局面，防止在推廣過(guò)程中，劣質(zhì)產(chǎn)品混入電網(wǎng)。 9 　參考文獻(xiàn) ［1］ 鄭國(guó)培，劉忠，陳星，等SH15非晶合金鐵心配電變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析變壓器， 2005，（6） ［2］ 陳玉國(guó)，馬效坤，張永勝，等非晶合金鐵心變壓器的研究與發(fā)展概述 農(nóng)村電氣化， 2001，（2） ［3］ 朱永暉非晶合金變壓器掛網(wǎng)運(yùn)行試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)效果的分析農(nóng)村電氣化，1999，（5）