非晶合金变压器分析

非晶合金变压器分析（精选6篇）

非晶合金变压器分析 篇1

在变压器制造中，非晶合金材料将逐步取代传统的硅钢片铁芯变压器制造技术，成为新一代节能降耗产品。这对提高电网自身电能质量，降低损耗，最大限度利用能源转换，降耗节能，增加电力企业活力，将有不可估量的作用。非晶合金变压器的特点

1.1 材料特点

电力变压器传统的铁芯制造技术是以硅钢片为基本材料，在降低变压器自身损耗上，无论任何国家及制造厂商，均是以选用优质硅钢片为先决条件来降低变压器自身损耗，来提高电能的转换能力。

随着原材料制造工业的技术发展，目前变压器制造行业，尤其是配网使用的小型变压器，制造厂家开始采用非晶合金为铁芯制造材料的变压器。通常所说的非晶合金，是指一种采用特殊的超快速致冷工艺加工而成的金属材料，由于材料生产工艺的限制，一般均为带材。

非晶合金在其制造过程中采用了超急冷凝固的技术，使得在材料的微观结构中，金属原子在从液体（钢水）固化成固体的过程中，原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化。这种原子结构无序排列的状态即称为非晶态，由此生产而成的材料被成为非晶合金。

非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能，它的去磁与被磁化过程极易完成，较硅钢材料铁芯损耗大大降低，达到高效节能效果。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。采用非晶合金制造成变压器铁芯，并组装成的变压器，即称为非晶合金变压器或非晶合金铁芯变压器。

1.2 环保特点

选用非晶合金为铁芯的变压器，其显著特点就是节能和环保。首先在环保方面，经技术检测，当非晶合金铁芯用于油浸变压器时可有效减排CO、SO、NO等有害气体，对大气污染程度降低，所以可以称其为21世纪电力产品中的“绿色产品”。其次，非晶合金变压器最显著的特点是空载损耗很低，节能效果明显。由于非晶合金材料具有优越的导磁性，更易于以极少能耗磁化或消磁。因此非晶合金变压器的空载损耗远远低于传统变压器。以SEC公司（美国超导能源公司）生产的500kVA非晶合金变压器为例，非晶合金变压器和S9型变压器的空载损耗分别为190W和900W。非晶合金变压器的空载损耗仅为S9型变压器的20%左右，节能效果非常显著。对于公路、城市基础设施及住宅小区等电力负荷波动较大的领域，非晶合金变压器的节能效益更加明显。由于节能效果显著，可节省大量的电厂投资，减少发电燃料的消耗，从而减少对大气环境的污染。

1.3 综合成本特点

由于非晶合金变压器采用了新材料新技术，工艺复杂，因此其产品价格较传

统变压器高，一般比同型号传统变压器高30%左右；但由于其节能效果显著，运营成本较低，所以其综合使用成本较传统变压器低。以500kVA的非晶合金变压器与常用的S9型变压器相比，非晶合金变压器每台每年可节约电能6832.8kWh，一年节约电费5207元（现北京城区商用电电价为0.762元/kWh）。虽然非晶合金变压器比S9型变压器价格高30%左右，但所增加的成本，可在该变压器运行的3~5年内全部回收。

1.4 结构性能特点

非晶合金变压器采用全密封式结构，可延缓变压器油和绝缘纸的老化，不仅结构紧凑，而且具有运行效率高、免维护的优点。非晶合金变压器由于损耗低、发热少、温升低，故运行性能非常稳定。非晶合金变压器低压绕组为箔绕式，损耗低、抗短路能力强、结构先进合理。变压器的联结组别采用Dyn11，可减少谐波对电网的影响，改善供电质量，提高供电可靠性。非晶合金变压器节能效益分析

非晶合金变压器与S9系列变压器相比，其主要损耗的降低取决于空载损耗的大幅度降低。

2.1 年节电费用比较

通过直接比较两种变压器的年空载损耗成本，来计算年节电费用，可简单直观地体现非晶合金变压器的节能效益。现以400kVA、500kVA和800kV的10kV变压器为例来进行两种能耗对比，见表1。

表1 非晶合金变压器电费节约比较

由表1可见，非晶合金变压器的电费节约效益显著，以500kVA为例，假设非晶合金变压器的售价比S9贵1.8万元/台，每年节约的电费是5207元，简单计算，购买非晶合金变压器多增的投资，静态回收期是3.8年，即多增的投资，在产品运行3.8年后，即可通过少支付电费的节约来回收。按产品使用期20年计算，在剩余的16.2年中共可节约电费76480元，几乎可以新购一台变压器。如果当地的电费超过0.70元/kWh，则节能效益更显著。

北京市电力公司城区供电公司配网运行592座开闭站（配电室、箱变），运

行变压器为1131台，总容量906890kVA。在运行的变压器中，型号多为S7/S8/S9形式。运行负载率在1%以下为79台；运行负载率在1%～50%为1014台；负载率在50%以上为38台。变压器空载损耗是非常大的。如果采用非晶合金变压器，降低设备空载损耗，对降低线损和提高公司经济效益，意义将十分重大。

2.2 考虑无功分量和负载率时节约能耗估算

当变压器运行时，不同的负载率有所不同，年运行能耗也不同，以200kVA和500kVA两个容量比较，非晶合金变压器与S9硅钢变压器的性能参数和年运行能耗，见表2。

表2 非晶合金变压器节能效果比较表

注：假设无功当量系数取0.1kW/kvar；年平均负载系数按0.35，年运行时间按8760h计算。

从表2可知，一台500kVA的非晶合金变压器运行一年后，比S9硅钢变压器节约能耗约9.4MWh，按0.7625元/kWh计算，每年可节约电费7167.5元。

2.3 性价比测算

总拥有费用法（简称TOC法）是一种评价变压器能耗和价格合理性比较全面的性价比评估方法，在国外的变压器采购评估中被广泛使用。它是根据综合比较变压器价格和能耗水平的原则，按照总拥有费用最低来选择变压器。

当非晶合金变压器的售价是S9变压器的1.3倍时，TOC法测算的非晶变压器性价比仍比S9高10.3%。

2.4 投资价差回收

非晶合金变压器的空载损耗较S9降低80%左右，假设其价格仅比S9系列平均高出30%，其负载损耗与S9变压器相等。当不考虑投资的货币时间价值，采用静态投资回收期计算法进行计算，可得出在不同负载率情况下，多增投资可在多长时间内回收。

以500kVA为例，经计算其节能效益与投资效益见表3：

表3 按500kVA变压器为例的节能效益和投资效益

2.5 投资价差回收年限计算

投资价差回收年限，一般有静态和动态计算方法。

静态投资回收期：不考虑投资的货币时间价值。

动态投资回收期：考虑投资的货币时间价值，将现在投资及未来收益均以资金的折现率折为现值。此法计算复杂，要涉及通货膨胀率、资金银行利率、折现率等，因此不确定因素多。现采用静态投资回收期计算法。

假设500kVAS9硅钢变压器的售价为8万元，对应非晶合金变压器的售价高30%，则两者的售价差价是24000元：

在负载率β＝20%时，非晶合金变压器投资的回收年限为3.1（年）；

在负载率β＝75%时，非晶合金变压器投资的回收年限为3.1（年）。

国家《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中指出：计算投资回收年限一般不应超过5年，最长不超过7年，按政策规定，非晶合金变压器比S9变压器多投资的部分，均在政策规定的年限内收回，因此推广应用非晶合金变压器，符合国家节约能源的政策导向。非晶合金变压器在电力市场的发展现状

3.1 非晶合金变压器的发展过程

非晶合金变压器是在20世纪80年代初由美国开始研发生产的，当时美国认识到非晶合金变压器对电力线路节约能源损耗的巨大潜能，由美国电力委员会组织了GE公司、霍尼韦尔公司、美国超导能源公司、美国南方电力公司等八大相关机构，联合对非晶合金变压器产品的商业化运作设计、制造、运行等环节，进行技术研发和实际运行可靠性验证，至20世

纪90年代初，历时10年获得成功，于是非晶变压器开始了真正的规模化商业化经营。

至今，规模化生产已近20年，目前在全世界范围内被广泛推崇，其中美国、加拿大、墨西哥、日本、印度、韩国等国家和台湾地区均有大量非晶合金变压器在挂网运行。特别是在日本，政府鉴于节约能源对国家发展的重要性，该国从2000年开始逐步提高非晶合金变压器的上网比例，到2005年时，日本已规定所有配变必须使用非晶合金变压器，在配电领域彻底淘汰相对高耗能的硅钢变压器。

中国从1998年开始批量生产，应用至今约有几万台非晶合金变压器挂网运行，容量自5kVA至1600kVA，产品形式包括箱式变电站和配变，最近几年，鉴于国家对节能减排的重视，非晶合金变压器的使用量呈爆发式快速上升趋势。

3.2 非晶合金变压器在国内市场的应用现状

在国内，由于非晶合金变压器的售价相对硅钢变压器要高，使其总的使用量受到限制，但近几年，有两个因素促使它的使用量快速提高。首先是由于铜价和硅钢的价格飞速上涨，而非晶合金材料的价格基本维持不变，同时实现规模化生产后产品成本的降低，使得两者的售价差距迅速缩小，非晶合金变压器稍高于常规变压器的价格已被市场接受；其次是国家对节能环保问题的重视，使得一些有能力和有预见的地区率先大规模采用。目前已大批量采用的地区有上海、江苏、浙江等，另有许多地区正处于批量应用和运行评估阶段，如东北、宁夏、山西、云南、广东、福建等。其中需要特别指出的是江苏省电力公司，他们内部规划今后新上线路和改造线路，非晶合金变压器的使用量不得少于30%，2008年的非晶合金变压器的招标数量达到为2万多台，已走在了全国前列。

3.3 非晶合金变压器的生产状况

目前国内市场中声称能生产非晶合金变压器的生产厂家多达几十家，但真正能实现规模化批量生产的厂家其实并不多。其中大部分的生产厂家均为原先的硅钢变压器生产厂家，其采购了非晶合金铁芯后，套用改进原来的硅钢变压器生产技术进行生产，导致产品的质量稳定性有欠缺，对非晶合金变压器的市场形象造成了不利影响。

其实，非晶合金变压器的设计生产技术有它的特殊性，非晶合金材料和晶体化的硅钢材料在某些材料特性上完全不同，因而两种产品的设计加工技术也有很大的不同。

3.4 非晶合金变压器的市场趋向

3.4.1 经济背景

随着国民经济的高速增长，国内电力工业得到蓬勃发展，并可预见在未来的20年内电力市场仍将保持高速发展的态势。非晶合金变压器作为一种高效节能的产品，在20世纪90年代已经逐步引入电力市场，随着它作为一种新产品被市场逐渐的认知，到2000年已经有一些厂家规模化生产，但由于非晶合金变压器的材料成本比常规变压器的材料成本高很多，约束了它的大规模推广。自2004年以来，常规硅钢片材料和铜材的价格暴涨，而非晶合金的价格保持在原位，使得两者的价格差大幅度缩小，从而激发了非晶变压器的销售量大幅上

升。更为重要的是，除了成本原因外，国家在经济发展政策中提出了“能耗/GDP”的考核指标，这表示国家在产业政策中将大力推行节能产品的应用。非晶合金变压器作为一种高效节能的产品，已引起了国家发改委和电力部门的高度重视。江苏省、上海市和浙江省等经济发达地区，以及电力供应不足地区已进入大批量采用阶段。

3.4.2 政策背景

目前国家已着手解决电力结构性矛盾，改变过去“重发、轻供”的倾向，正重点发展电网建设，加快城乡电网改造，坚决淘汰掉那些低效、高耗、性能落后、安全性差的设施，努力发展节能型的电气设备。非晶合金变压器高效节能的显著优点，为电力市场提供了一种良好的选择。

由于政府十分重视节约能源和环境保护。20世纪80年代中期，政府强制性地采用S7系列配电变压器，在全国范围内淘汰正在电网运行的JB1300-73和JB500-64标准的高能耗变压器。从1998年开始，政府又不惜代价地在全国推行两网改造，用S9系列配电变压器取代S7系列变压器。这先后两次全国大规模的更新换代，新产品仅比老产品降低空载损耗约8%～15％，可见国家在节约能源、环境保护方面的决心是很大的。非晶合金变压器其空载损耗仅为S9系列的20％，其节能效果已引起了国家有关部门的高度重视，不排除会强行推广的可能性。

非晶合金变压器分析 篇2

非晶合金是一种以铁、硼等元素为原料,用急速冷却等特殊工艺使该物质的原子排列呈现无序化的合金,利用其制造的非晶合金配电变压器的节能效果目前已得到较为广泛的认可,已是配网中降损节能的较理想装备之一。作者针对近几年非晶合金配电变压器在制造、运行过程中所呈现优缺点,进行归纳、总结。

1 非晶合金变压器的结构特点与制造过程应注意的问题

1.1 非晶合金铁心

目前,用于制造变压器的非晶合金带材有142mm、170mm、213mm三种宽度,厚度仅0.025mm,还不到普通硅钢片的十分之一。非晶合金的硬度是取向硅钢片的5倍,加工剪切很困难,对设备、刀具要求较高;所以非晶合金变压器的铁心一般用同一宽度非晶合金带材制成,因此铁心为截面呈长方形、下铁轭部分有接缝的卷铁心结构,此接缝也是套装绕组的开合口之处。制造时,先根据铁心需要的长度剪断非晶合金带材,再用工模器具加工成矩形框。单相非晶合金铁心变压器的铁心结构是一个框,三相变压器的结构是由四个框合并成五柱式结构,也有制造单位采用两个框和包围在其外的一个框组成三框三柱式结构。

非晶合金带在成材过程中急速冷却和冲剪、卷制加工铁心时产生应力,为了获得良好的空载损耗特性,非晶合金铁心成型后必须采用氮气保护、在适当温度、一定的磁场条件下进行退火处理,退火工艺比较复杂,要求较高。退火过程中,铁心靠模板夹持,出炉冷却后,一般要在其两侧端面涂2mm厚的环氧树脂漆,待其固化后即可使铁心成为一个整体。

1.2 绕组

绕组一般均采用层式或螺旋式结构,容量较大时低压绕组可采用箔式。绕组层间绝缘全部采用网格点胶纸,径向机械强度高,冲击电压分布好,油道散热效率高。由于铁心截面呈长方形,相应地绕组也为带圆角的矩形,矩形绕组与常规圆形绕组在设计、制造方法上有较大差别。绕组导线对矩形模具的贴服性比圆形绕组的差,需要采取特殊工装控制矩形绕组的径向尺寸。一般是先将低压绕组绕在硬纸筒上,再将高压绕组直接套绕在低压绕组上,并采用先进的不浸漆工艺,这样提高了变压器绕组的整体机械性能,有效的增强了器身的抗短路能力。

1.3 器身

非晶合金铁心材料对机械应力非常敏感,无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能,铁心的损耗会随着压力的增大而增加。因此,在器身结构上,非晶合金变压器不能采用以铁心作为主承重结构件的传统设计方案,器身上下左右采用截面呈“∏”形的折板夹件联接,装配时,将绕组支撑在单独的绕组支撑系统上,压紧固定,这样,铁心只承受自身的质量,再没有其他的压紧、加紧力。同时,在器身整个装配过程中要尽量避免使铁心产生其他应力。

在铁心框与绕组装配时,需要打开一系列接缝,套装绕组后再搭接接缝,非晶合金退火后的脆性较大,易产生碎屑,这是设计制造时需关注的一个问题,在整个装配过程中需要采取必要的工艺、工装措施避免其危害,特别是不要有器身的返工现象。

器身沿线圈四周的轴向支撑,均用层压纸板或层压木做成的绝缘块,保证受热后基本不收缩,实现对高低压绕组有效压紧。

1.4 联结组别

目前三相非晶合金变压器大多采用三相四框五柱式铁心结构,每相绕组套在磁路独立的相邻的两框上,每个框内的磁通除基波磁通外,还有三次谐波磁通存在,三次谐波磁通占基波正弦波磁通的百分数则与运行时额定磁通密度选用值有关。一个绕组内两个铁心框内三次谐波磁通在相位上正好相反,数值上相等。因此,整个每一组绕组内的三次谐波磁通相量和为零。

当变压器高压绕组采用D联结时,三次谐波电流在高压绕组三角形内构成回路,在感应出的二次侧电压波形上就不会有三次谐波电压分量。当然,每个框内的空载损耗还是会受到各自框内三次谐波磁通的影响。故其联结组别一般采用Dyn11联结。用户在选用产品时应当注意。

1.5 抗短路能力

由于非晶合金铁心的损耗会随着压力的增大而迅速上升,一旦变压器发生短路时,产生的冲击性电动力如果直接作用于非晶合金铁心,如果是这样的话、铁心是无法承受的。但是,非晶合金铁心变压器独特绕组的器身紧固结构,可以基本不给铁心以压力,减少了变压器短路时径向的内缩或外扩,从而有效地保证了变压器抗短路能力。这种结构已通过国家权威专职机构做出的抗短路承受能力试验证明。

1.6 噪声

研究表明,铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因,这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。在同一磁通密度下的磁滞伸缩程度,非晶合金的这一指标比传统晶粒取向冷轧硅钢片高约10%。但是,冷轧硅钢片的饱和磁通密度较高,约为2.03T,而非晶合金的饱和磁通密度较低,约为1.5T。因为非晶合金铁心变压器的额定工作磁通密度(1.25～1.35T)要比冷轧硅钢片铁心变压器的额定工作磁通密度(1.63～1.73T)要低得多,所以二者实际的磁滞伸缩是接近的。

但是,非晶合金铁心变压器与同规格传统铁心的变压器相比,铁心质量大30%左右,有效截面积大近50%以上,这在一定程度上会使变压器噪声增大。

另外,铁心自身结构与制造工艺对噪声也有一定的影响。在非晶合金铁心表面涂覆有环氧树脂,如果树脂涂覆不好或由于树脂质量差或调配比例不当引起树脂脱落,或者接缝叠装不整齐等都会增加变压器噪声。在产品设计中有必要对铁心和器身采取接缝涂漆、加消音垫等合理减振措施。

虽然,非晶合金铁心变压器的声级较难控制,在行业标准JB/T10088-2004《6kV～500kV级电力变压器声级》中指出:“本标准规定的声级限值不适用于非晶合金铁心变压器,非晶合金铁心变压器的声级限值由制造单位与用户协商确定。”然而其噪声并不是不可以控制的,在现有技术条件下,若在非晶合金变压器设计、工艺、制造、使用过程中多加注意,精心控制,比如在器身装配上一定使装配后的非晶接口象装配前一样和缝完好,并且使接缝端既不能悬空、又不能受力,这样可以有效的降低噪音;另外,在地脚和油箱的连接处增加隔音垫,也可以一定程度上降低噪音的传输。只要不断的改进和更新相应的工装、采取新的工艺,对于同一规格的非晶合金铁心变压器与传统铁心变压器有可能具有相同的声级效果。

1.7 非晶合金铁心变压器的油箱及密封措施

由于非晶合金铁心变压器的体积比同容量传统硅钢片变压器体积大25%左右,所以所用变压器油比同容量传统硅钢片变压器的用油量也较大,因此对于全密封要求的非晶合金铁心变压器,根据我公司对非晶合金铁心变压器多年的生产经验,变压器容量在630KVA以上的应当采用储油柜加密封胶囊,这样可以避免变压器本体出现溢油和缺油现象的发生,更加有利于非晶合金铁心变压器的安全运行。

2 非晶合金变压器的技术经济性

非晶合金变压器的技术经济性方面的论证已见诸报道,在目前市场状况下,通过对SH15型三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与S11型三相油浸式配电变压器经济性的分析比较,就投资回收期分析而言,SH15型三相油浸式非晶合金铁心配电变压器在4～5年的时间里节约的电费就可以补回投资差值,之后用户可以长期受益。

推广应用非晶合金铁心变压器不仅有良好的节能效益,而且还有环保效益,其节约电能相当于减少发电量或少建火力发电厂。环保专家算了一笔账:每节约1kwh电,就相应节约0.4kg标准煤、4L纯净水,同时减少排放0.272kg粉尘、0.997kg二氧化碳、0.03kg二氧化硫。我国年均生产配电变压器约2.4亿kVA,如30%改用非晶材料,年生产非晶变压器为7200万kVA,以每台变压器200kVA为例,年产非晶变压器将达36万台。这将降低变压器空载损耗13万kW,一年可节约用电11.4亿kWh,相当节约4.56亿kg标准煤、45.6亿L纯净水,同时减少排放3.1亿kg粉尘、11.37亿kg二氧化碳、0.34亿kg二氧化硫。由此可见,节电既能在一定程度上缓解电力紧张、降低能源消耗,又能减轻对环境的污染、改善生态环境、明显的减少温室效应。

3 选用非晶合金变压器产品时应考虑的因素

除油浸式非晶合金铁心配电变压器以外,还有多种非晶合金铁心变压器类产品:非晶合金铁心干式变压器、非晶合金铁心地下式变压器、高燃点油非晶合金铁心变压器、非晶合金铁心组合式变压器、预装式非晶合金变电站等等,其应用范围越来越广,用户可以根据需求选用。

用户在选用产品时,要正确了解非晶合金配电变压器的空载损耗、噪声、联结组别、制造技术等方面的内容。根据变压器实际运行环境和运行方式,保证变压器的可靠性、安全性和经济性,其次应考虑提高变压器性能参数时制造成本也将相应增加等因素。选用前应根据非晶变压器所带负荷性质和运行特点,按DL/T 985-2005《配电变压器能效技术经济评价导则》中提供的总拥有费用(TOC)方法判断其寿命期内综合经济性,看其在寿命期内总成本是否最低,这也是国际上通用的方法。另外,国内可以生产非晶合金变压器的各制造厂的生产规模、生产条件、工艺水平等存在较大差别,因此,要考虑制造厂的实际制造水平、质量保障实力和售后服务等诸多因素,且不可单以价格为选择产品的依据。

4 结束语

非晶合金变压器的节能技术分析 篇3

电力变压器；非晶合金变压器；负荷率；损耗

1.节能变压器的技术背景

据报道，目前我国输配电系统的网耗输配电占容量的8.5%，且其绝大部分是配网的损耗。照此计算到2015年，我国输配电系统的网耗将接近两个三峡电站的容量，这是一个巨大的数字。配电网线损率是电网经营企业的一项重要的技术经济指标。降低线损率是建设资源节约型社会的客观要求，也是提高公司效益的一个重要手段。在工业发达的国家的线损率约占5％~7％之间。如今我国电力网的实际线损率为7％~8.5％（此数据为从配电变压器二次侧总表及以上至220KV或500KV线路设备的线损）。从有关线损率的统计可知线损率最高主要集中在10千伏及以下配电网上。基于这一背景如何有效地降低配网线损率，提高配网运行的经济性是目前研究的一主要课题。

2.配电变压器的原理及概况

2.1变压器的基本原理

变压器是利用电磁感应作用，将一种电压、电流的交流电能转换成同频率的另一种电压、电流的电能的电器。目前使用最广泛的为油浸式电力变压器，它的基本结构包括铁心、绕组、油箱、变压器油、散热器、绝缘套管、分接开关及继电保护的部件。其主要部件是铁心和绕组。铁心主要采用0.30~0.35MM的硅钢片叠加制成，硅钢上片涂有绝缘漆，以避免片间短路。在大型电力变压器中，为提高磁导率和减少铁心损耗，常采用冷轧硅钢片；为减少接缝间隙和激磁电流，有时还采用由冷轧硅钢片卷成的卷片式铁心。

2.2我国的配电变压器发展

按照变压器技术参数水平分析，建国以来各类型变压器基本划分为四代产品。

第一代变压器称为热轧硅钢片变压器[“64”标准 （GB500~1964）]，其型号为TM、TN、SJI及SJII等，20世纪50、60年代生产，主要以仿苏产品，铁心材料为热轧硅钢片，属于技术落后，损耗大，被淘汰的产品。

第二代为冷轧硅钢片变压器[“73”标准 （GB1300~1301-1973）]，代表型号为SJ3-SJ5或S3-S5型，出现于20世纪70年代中期，铁心材料由热轧硅钢片改为冷轧晶粒取向硅钢片，大大降低了变压器的空载损耗，是当时降低变压器损耗的一个飞跃。

第三代为低损耗节能型变压器[“86”标准]，代表型号为S7、SL7、S9、S11等，出现于20世纪80年代中期，为变压器技术进步的第二次飞跃，主要是在保证安全性能的基础上改进了产品结构，提高了产品性能，空载损耗较“73”系列降低38％~46％。

第四代为非晶合金变压器（以下简称非晶变）。出现于20世纪90年代末期，是变压器技术进步的第三次飞跃，铁心采用非晶合金材料，空载损耗较S9系列降低80％左右， 运行经济性大大提高，属于新型节能产品。

我国目前使用的电力变压器以S7、S9居多。随着新材料、新工艺的广泛应用，新的低损耗节能配电变压器相继开发成功。国内许多变压器制造厂商投入了大量资金引进国外先进的制造技术和设备，不断研制开发低损耗变压器，目前常见新型节能配电变压器主要有S11、非晶合金变压器。

3.邯郸供电公司光明分局配电变压器现状统计

光明分局截至到2010年12月底所辖10kV公用配电变压器共计565台。

通过表1可以看出：100KVA以上公用配变共计546台，容量152.34MVA,占城网10KV公用配电变压器的96.64％和99.04％，其它容量的配变比重很小，这与近年来多选用大容量配变有关。

通过对所辖配电变压器的类型、数量、容量分布图表数据的分析可知：S7、S9、S11的数量比为109∶285∶157；容量比为25.09∶77.2∶48.01。可见S7、S9、S11变压器占总数变压器为97.52％。由此可以看出对非晶合金的节能分析是十分必要的。

目前，光明供电分局所使用的S11、非晶合金变压器容量最多的为SN=315KVA，占总变压器的52％。根据目前对所辖变压器的负荷测定数据可知SN=315KVA的变压器平均负荷率为0.75。S11、非晶合金变压器确实能起到节能的效果。而其中非晶合金变压器的节能效果最好，虽然非晶合金变压器的价格高于S11变压器但可以节约的电量来弥补。

4.2实际运行损耗分析

光明供电分局分别在青年路2-7、联纺路34-3、 光明北47-5试点安装了三台非晶合金变压器。其型号分别为SH15-315、SH16-315、SH15-315。为了方便对其损耗进行分析，加装高、低压计量并在每月代表日进行跟踪抄表。月抄数据及损耗分析见下表：

根据上表对三台非晶合金变压器的实际测量数据，得出这三台变压器的平均负荷率为0.20其平均年耗电量为5110KWH。与同容量S7、S9、S11三种变压器的实际负荷电流测量数据推出 €%[AV=0.20 时其平均年耗电量为9057.6KWH、7094.2 KWH、6029.8 KWH。

5.结论

5.1节能效果显著

通过对非晶合金变压器S7、S9、S11这四种变压器，在不同的负荷率下的损耗分析得出非晶合金变压器是四种变压器中最节能的。尤其在与S7、S9相比节能效果更加显著，空载损耗低的优势非常明显。

5.2价格比S11型偏高但在相对较短的时期内可以通过节电效益收回

虽然非晶变的价格比S11型还高，但可以通过节约的电费来收回，并且随着非晶带材的批量国产化，其价格下降这样会更有利于尽快地的回收。

5.3噪声偏大但符合相关规定

虽然噪声偏大但符合相关规定。在噪声偏大方面，我们可以让厂家在设计生产时考虑使用一些吸音技术工艺，减少其内部的噪音，实现降低噪声。

5.4运行可靠性

非晶合金变压器分析 篇4

非晶硅薄膜的低温快速晶化及其结构分析?

在镀铝的廉价玻璃衬底上高速沉积的非晶硅薄膜在不同的温度下退火10min.退火温度为500℃时,薄膜表面形成了硅铝的`混合相, 非晶硅薄膜开始呈现了晶化现象;退火温度为550℃时,大部分(约80%)的非晶硅晶化为多晶硅,平均晶粒尺寸为500nm;退火温度为600℃时,几乎所有的非晶硅都转化为多晶硅,其平均晶粒尺寸约为1.5μm.

作 者：林揆训 林璇英 梁厚蕴 池凌飞 余楚迎 黄创君 作者单位：汕头大学物理系,汕头,515063刊 名：物理学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：ACTA PHYSICA SINICA年，卷(期)：200251(4)分类号：O4关键词：固相晶化 多晶硅薄膜 非晶硅薄膜

非晶合金变压器:配网降损利器 篇5

与普通变压器相比, 非晶合金变压器采用全密封式结构, 可延缓变压器油和绝缘纸的老化, 不仅结构紧凑, 而且具有运行效率高、免维护的优点。非晶合金变压器由于损耗低、发热少、温升低, 故运行性能非常稳定。

目前, 大中城市一年四季对供电量的需求变化较大, 各地区为迎峰度夏常常采用大容量的变压器, 当春秋季节负荷率较低时, 空载损耗尤为突出, 配网的线损率较高。采用非晶合金变压器将可以较好地解决这一问题, 降低配网的线损率, 对配电设备的可靠运行、能源和运行费用的节约都有利。非晶合金变压器是目前节能效果最理想的配电变压器, 特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地区, 此外对风能等间歇性能源也有很好的应用效果。发达国家使用非晶合金变压器的比重已超过15%, 而我国则尚未达到1%的比例, 未来空间广阔。

乔珺威：叩开非晶合金研究的大门 篇6

乔珺威，太原理工大学材料科学与工程学院教授、博士生导师，中国材料研究学会理事，山西省学术技术带头人，山西省青年拔尖人才，山西省优秀青年学术带头人。2005年毕业于石家庄铁道大学（原军校），2011年获得北京科技大学材料科学与工程专业博士学位。2009?2010年，作为联合培养博士在美国田纳西大学学习。

曾参与国家“863”计划等多个项目，主持国家自然科学基金、人社部择优资助、山西省自然科学基金等项目。曾获2010年教育部高校自然科学奖二等奖、2014年山西省自然科学奖二等奖，应邀在山西省重点实验室联盟青年科学论坛（交叉学科）作专题报告，2014年获得《Who's Who in the World》知名科学家提名。

在许多科技论坛中流行着这样一句话：对于硕士生来说至少应该精读50篇文献，泛读100篇文献；而博士生至少应该精读500篇文献，泛读1000篇文献。要问拥有博士学历的乔珺威读过多少篇文章，他只能说多到自己也记不清了。无数的文献积累，激发乔珺威在非晶合金力学性能领域，不断寻觅创新与灵感，因此获得的成果也屡受国内外同行的高度关注。

专注非晶塑性

从20世纪80年代起，非晶合金成为国内外材料科学界的研究开发重点。所谓的“非晶合金”，就是由超急冷凝固得到的固态合金，长程无序结构，没有晶态合金的晶粒、晶界存在。但目前，绝大多数单相块体非晶在室温下表现为脆性断裂，即具有极低的压缩塑性，拉伸塑性基本为零。承载时，大块非晶通常在屈服后发生灾难性断裂，限制了其工程应用。究其原因，是非晶屈服后，剪切带快速扩展而引发剪切层内的绝热剪切，极短时间内温度急剧上升，致使剪切软化而迅速断裂。要想解决这一问题，可以通过在非晶基体内引入塑性第二相提高非晶合金的室温塑性，因为塑性第二相可以阻碍和延迟剪切带的扩展。

乔珺威则成功通过Bridgman型定向凝固技术获得了第二相增韧的非晶复合材料，对比目前其他制备非晶复合材料的手段，该技术可以控制第二相的尺寸大小和体积分数，通过合理调节抽拉速度以获得具有室温拉伸塑性的枝晶增韧的锆基非晶复合材料，断后延伸率超过了7%。该成果发表在Applied Physics Letters 94， 151905 （2009）上，研究成果得到了美国加州理工学院W.L. Johnson院士课题组和美国田纳西大学T.G. Nieh教授的高度关注，并被多次引用和报道。

他所使用的定向凝固技术相比其他常见的快速凝固技术优势突出，不仅可以调控组织，还可以优化力学性能，被国际同行J. Eckert、J.R. Greer、D.C. Hofmann等研究人员发表在Nano Letters等国际知名期刊上的论文引用，认为该技术是调控和制备均质非晶复合材料最有效的方法之一。

在此基础上，乔珺威进一步获得了具有室温塑性的轻质钛基非晶复合材料。另外，他和美国芝加哥阿贡实验室合作，通过高能X射线研究枝晶增韧的非晶复合材料，将两相结构进行解析分别得到了两相的衍射图谱，利用半峰宽来表征屈服后不同的变形程度。成果发表在Applied Physics Letters 97， 171910 （2010）上，后被焦点新闻网作为新闻给予报道。随后，Huang等人基于该方法提出了非晶复合材料原位变形机理。

非晶材料变形机制一探到底

随着对非晶复合材料原位变形机理研究的步步深入，乔珺威意识到，过去对于非晶复合材料的变形机制主要基于对剪切带数量的简单观测，剪切带越多，塑性越好，但变形的微观机制还不清楚。敏锐地觉察到问题的他立刻投入探究。通过大量研究，他发现，枝晶增韧的非晶复合材料的压缩变形机制，是枝晶内部和两相边界处的局域非晶化、严重的晶格畸变和大量的位错塞积，以使得复合材料展现宏观的塑性变形和加工硬化的原因。

该成果发表在Scripta Materialia 61， 1087 （2009）上。这是该领域第一篇对室温下具有较大塑性变形的非晶复合材料通过透射电镜进行机理研究的论文。紧接着，乔珺威进一步研究发现，拉伸屈服后的复合材料的变形以枝晶的碎化为变形结构，枝晶内部被剪切带和位错墙分割成细小的亚晶。最后他总结出，枝晶具有大的塑性变形和非晶基体具有高的屈服强度是复合材料获得大的加工硬化的两个必要条件。殊不知，成果在Acta Materialia 59， 4126 （2011）发表后，一度成为该期刊下载次数最多的十大文章之一，目前已经被引用100次。

两年后，乔珺威的研究再迈上一个阶梯，与台湾国立中央大学E.W. Huang等人合作提出了树枝晶Core-Shell结构对屈服变形的响应机理，论文发表在Scientific Reports 4， 4394 （2014）上，在科学网上点击率超过6000次。

科研无止境，为进一步证实“树枝晶发生了碎化来承担塑性应变，非晶基体并没有发生晶化，只是起到了协调变形的作用”，乔珺威采用高能X射线技术直接穿透块体样品，获得变形前后结构的体信息，即三维结构信息。实验证明，室温下的拉伸变形不会导致明显的温度变化，也就不会引起晶粒尺寸发生变化。因此，晶粒的细化完全是由于变形导致亚晶的产生，而高能同步辐射技术的应用研究也进一步证实树枝晶发生了碎化。

到2015年，乔珺威对于非晶复合材料力学性能的优化与变形机理的研究接近有10年的时间了，他荣幸应Materials Science & Engineering Reports国际综述性期刊杂志邀请撰写了Metallic Glass Matrix Composites长篇综述。在论文中，乔珺威总括了非晶复合材料近20年来的发展及展望。这无疑是可以载入非晶材料史册的一文，意义不言而喻。

多面剖析非晶材料

然而，结构材料在服役过程中并不总是在静载荷或恒温下，因此有必要对具有工程应用前景的内生非晶基复合材料进行在极端温度（例如液氮）及动载荷条件下的力学行为研究。经过计算，10 nm厚的剪切带形成只需要2ns，而非晶变形过程中的剪切转变区不连续形成的间隔时间约200ns，如果200ns内温升达到0.7倍的玻璃转变温度，黏性层就会形成。而在200ns的间隔时间内，最高温升也不超过100K。“因此在液氮温度下避免了黏性层的低粘度，在塑性变形过程中不会发生应力的突升或者突降，即锯齿消失”，乔珺威解释道。

该模型被英国剑桥大学材料系Greer教授在其综述性论文Shear bands in metallic glasses中引用。在此基础上，乔珺威又与美国UIUC物理系Dahmen教授提出采用平均场理论来表征非晶中雪崩式锯齿的可调性，发表在Scientific Reports 4， 4382 （2014）。

结束了温度变量下的研究，乔珺威将目光转向动载荷条件下非晶基复合材料的力学行为变化。在动态加载时，即使是准静态下具有较好塑性的复合材料仍然发生了脆性断裂，其主要原因是位错增殖的速率赶不上应变发生的速率。经过数年的持续探索，乔珺威通过合理调控第二相组织，得到组织粗大且枝晶体积分数高达58%的轻质钛基非晶复合材料，此种复合材料在动态冲击时表现为宏观的塑性变形。值得自豪的是，他们是国内外首个得到内生非晶复合材料具有冲击韧性的科研小组，同时“非晶复合材料动态冲击”入围了2014年度非晶材料十大进展基础研究候选名单。

此外，乔珺威还采用J-C方程拟合了非晶复合材料在动态冲击时的本构关系，为其预测流变强度提供了理论保障。“这一重要发现否定了内生枝晶非晶基复合材料在高应变速率下无塑性的普遍认识，使我们进一步看到该类型复合材料作为工程结构材料的应用前景。”他兴奋地说着。

曾有人这样评价乔珺威：勤奋努力是他的座右铭，认真的工作态度是他一贯秉持的信条，亲切待人是他不变的态度。如今的乔珺威能获得如此建树，绝对不是偶然，背后勾连出的是他的艰苦卓绝与孜孜不倦。他说过，勤奋努力是迈向成功的敲门砖。