国产非晶铁心变压器（共4篇）
国产非晶铁心变压器 篇1
根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》要求,加强能源、资源、环境领域的关键技术创新,提升解决瓶颈制约的突破能力是我国经济和社会长期稳定、健康可持续发展的必行之路。我国是一个能源生产和消耗大国,能源的短缺和环境污染是需要我们认真解决的重要问题。
我国自1998年开始进行大规模城乡电网建设与改造以来,重点推行S9型节能配电变压器,全国网损率从1996年的8.52%下降到目前的7.70%,但美国为6.00%,日本为3.89%,我国与先进国家相比仍高出1.5～3个百分点,相当于每年多损耗150～200亿kWh电量,折合标煤540～720万吨。特别是近年来,当“油荒”、“电荒”甚至“煤荒”等能源短缺信号频频闪现的时候,从高层领导到普通百姓都开始极为关注起节约能源问题,节约能源与可持续发展正以前所未有的态势影响着我们的生活,能源短缺已成为制约我国经济与社会可持续发展的重要因素之一,因此具有高效节能特点的非晶铁心变压器越来越受到各级领导和电力专家的高度关注。
自1980年美国联信公司首次推出15kVA非晶铁心变压器以来,美国已有100多万台非晶铁心变压器挂网运行。在日本,非晶铁心变压器的商业化也十分成功,有大约12万台非晶铁心变压器上网运行。在英国、荷兰、瑞典、瑞士、意大利、西班牙、爱尔兰、匈牙利等国家,20世纪80年代也开始推广应用。
由于非晶铁心变压器的推广应用对节能和环保都具有重要意义,我国对非晶铁心变压器技术的引进和成果转化工作非常重视。“七五”期间,在国家科技攻关“非晶合金”课题中将“非晶合金铁心配电变压器研制”作为重点专题。1986年5月,上海钢铁研究所与宁波变压器厂合作,用该所研制的非晶合金带材试制出国内第一台单相3kVA非晶合金变压器。1995年8月,根据三委三部“促进非晶配电变压器在中国应用”工作小组的决定,委托沈阳变压器研究所根据美国联信公司非晶合金带材性能统一设计,组织了天津、上海、北二变、佛山、辽阳和保定等六个变压器厂,试制出SHII-160、200、315、500kVA四种规格共六台样机,并通过国家鉴定。1998年2月,上海置信公司引进美国GE公司的非晶变压器制造技术和非晶变压器生产线正式签约,开始了我国非晶合金变压器规模化生产时代。目前,除置信电气以外,我国其它知名变压器生产企业,如山东达驰、顺特电气、江苏华鹏、特变电工、天威保变、西变等均掌握了非晶合金变压器的生产技术。
按照国家电力发展规划,“十一五”期间我国城市配电网建设和新农村电气化工程成为电网投资的重点,推广非晶变压器明确列入国家电网公司“十一五”电力节能产品发展规划中,尽快解决非晶变压器大力推广中的制约瓶颈,减小与发达国家的技术差距迫在眉睫。
我国的非晶变压器及铁心制造技术开发,已经走过了20年的历程,总体发展速度缓慢,究其主要原因在于我国制造非晶铁心变压器需要的关键非晶铁心材料完全依赖进口,非晶铁心的加工成型技术由国外垄断,存在着制造周期长、成本价格相对较高的问题,均未进行大规模地生产。目前我国在电网上运行的约500万台的配电变压器中,非晶变压器大约仅占0.2%。
目前,全球只有日立金属大规模生产非晶合金带材,2007年其产能扩张至5.2万吨,理论上全球也只能生产出3058万KVA非晶合金变压器,以上产量与我们目前每年约2.4亿KVA配电变压器产量相比无异于杯水车薪。目前,日立金属的非晶合金带材售价高达2.7万元/吨,由于下游需求的旺盛,日立金属近期拟将产品价格上调20%,因此,希望日立金属来推动我国非晶合金变压器产业的发展并不现实。如果我国在非晶合金带材制造技术、铁心加工技术及变压器制造技术上无法实现关键技术突破,整个非晶合金变压器行业等于集体为日立金属打工。
国产非晶带材的技术指标,直接关系到采用国产非晶铁心的变压器的空载损耗、噪音指标及价格,就目前的状况而言,国内外的铁基非晶带材仍然存在一些差距,主要表现在国产非晶带材的表面质量和板形存在部分差距,主要是带材横向厚度偏差较大(±2μm),而日立金属带材的实际厚度偏差仅有±1μm,这样,国内带材制造铁心时的叠片系数-般在0.80,比用国外带材制造铁心的叠片系数0.82～0.86偏低。目前安泰科技公司正在进行万吨级非晶带材生产线的技术攻关及生产线建设,2007年底可投产,其主要目标是:铁基非晶带材产能达到4万吨,带材质量达到和接近国外产品水平,包括:非晶带材宽度达到142～213mm (常用规格与国外带材相同),厚度28～32μm,叠片系数0.82～0.86,饱和磁感大于1.56T,铁损(50Hz/1.3T)<0.20W/kg,生产成本和售价显著低于国外带材30%以上,因此在利用国产非晶带材基础上,进一步攻克铁心加工和变压器结构设计的瓶颈,将可以制造出综合性能达到国际水平的非晶铁心配电变压器。
“十一五”电力发展规划为我国非晶铁心变压器发展带来了难得的市场机遇。2007年山东达驰电气公司与安泰科技公司合作,将试制新一代采用国产非晶铁心的高效节能变压器列入合作计划,将根据国产非晶带材的特点,在国内已取得的非晶铁心变压器运行数据的基础上,从节能、降噪、节材的角度开展采用国产非晶铁心的变压器电磁分析计算,确定变压器的整体结构和参数,试制国产非晶铁心加工设备及工艺,进行变压器线圈、铁心、器身、绝缘及辅助部件的设计,解决其损耗、噪音、价格偏高等一系列问题,已列入“十一五”国家科技支撑计划重点项目。
目前我国对铁基非晶材料的研究重点正朝着推广应用的方向转移,因此具有自主知识产权的国产非晶带材提供、国家推广节能变压器力度的加大,均为我国进一步开展采用国产非晶铁心的变压器开发奠立了成熟基础。通过国产非晶铁心加工设备研制及工艺开发,为我国非晶变压器提供了新的国产“心”源,能够解决我国非晶铁心变压器制造所需铁心供货渠道的匮乏,使得生产交货期会有较大的改善;开展采用国产非晶铁心的变压器研制,国产非晶铁心变压器价格可比进口非晶铁心变压器降低25%左右,能够解决我国非晶铁心变压器长期居高不下的价格制约瓶颈,增强我国节能变压器与国外强势企业的抗衡能力;国产非晶铁心加工技术及变压器制造技术的突破,也将为国家节约能源、保护环境、降低室温气体排放做出贡献。
目前我国使用的硅钢铁心变压器,其自身消耗的电能占全国发电量的5%以上,在配电网损耗中,变压器损耗占60%以上。2004年我国配电变压器的年生产量为2.4亿kVA,如果我国的配电变压器全部采用非晶铁心变压器,以每台非晶变压器容量1000kVA计算,年需求量将达到24万台。
非晶铁心变压器与常用的S9型硅钢铁心变压器相比,1000kVA的非晶铁心变压器空载损耗仅为430W,而同容量S9型硅钢铁心变压器空载损耗为1700W,这样每台非晶铁心变压器每年可节电10972.8 kWh。24万台非晶铁心变压器一年可节电26.33亿kWh,相当于节煤32.36万吨,减少燃煤有害二氧化碳气体排放25.2万吨,由此可带来良好的环保效益,推动变压器行业向节约、环保的方向进一步发展。同时电力用户一次性购买非晶铁心变压器投资到位,可避免短期内的重复投资,符合国家“节约资源,保护环境,建设节约型社会”的产业政策。
“十一五”期间,随着我国城市及农村电网改造力度的加大,配电变压器的市场需求量仍保持10%～15%的增长,以此速度推算,至2010年我国配电变压器的年需求量将达到3.8亿kVA。节能、降耗、环保是我国的一项基本国策,推广非晶铁心变压器已经明确列入国家“十一五”电力节能产品发展规划中,国产非晶铁心变压器将具有广阔的市场前景。
目前我国生产变压器需要的非晶铁心几乎全部依赖进口,开发采用国产非晶铁心的高效节能变压器,解决降耗、降噪、铁心加工及价格制约瓶颈,非晶铁心配电变压器将会逐步取代硅钢铁心配电变压器而占据国内市场主导。
非晶合金铁心变压器的节能特点 篇2
非晶合金铁心变压器的铁心是用非晶合金制作而成, 比硅钢片变压器的空载损耗下降约75%, 空载电流下降约80%[1]。
据估计, 我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右, 损耗每降低1%, 每年可节约上百亿度电能。降低变压器损耗是势在必行的节能措施。由于低损耗是电力传输设备的重要性能指标之一, 因此非晶合金铁心变压器以其显著的低空载损耗性能倍受生产制造和电力用户的关注。
1 非晶合金电力变压器特点
非晶合金材料指采用快速致冷工艺加工而成的金属材料, 含铁78%～81%、含硼13.5%、含硅3.5%～8%, 另外还含微量的镍和钴等金属元素[2], 它具有良好的铁磁性。采用非晶合金材料制造成变压器铁心的变压器称为非晶合金变压器。非晶合金变压器具有以下特性。
(1) 制造工艺简单, 成材率高。非晶合金材料快速冷却凝固成20～60μm厚的合金薄带, 该工艺比硅钢片工艺节省了很多工序, 节省损耗能量80%。而非晶合金成材率高, 制造铁心的工艺方法、设备均较简单。
(2) 铁芯损耗低, 其节能效果明显, 且回收年限短。
(3) 价格逐年接近硅钢式变压器价格。非晶变压器将成为取代现有硅钢变压器的主要产品。
(4) 其磁化功率小, 并具有良好的温度稳定性。
(5) 硬度高, 单片厚度薄, 大约是硅钢片的1/10左右, 且叠片系数低, 涡流损耗大大降低。
(6) 磁畴伸缩程度比硅钢片高约10%, 故不宜过度夹紧
(7) 对机械应力非常敏感, 张应力或弯曲应力都会影响它的磁性能。
(8) 饱和磁通密度较低, 空载损耗很低, 节能效果明显。
(9) 可有效减少CO、SOx、NOx等有害气体的排放, 降低大气污染[3]。
2 非晶合金电力变压器的节能分析
2.1 节能性能的技术指标
衡量变压器节能性的主要指标是综合损耗。综合损耗主要由铁磁损耗、负载损耗、无功当量损耗组成。变压器的无功当量损耗会采取补偿措施, 损耗并不大, 因此可以忽略。变压器的综合损耗为:
式中β为负载率;Pf为额定负载损耗。从上式可以看出, 负载率越高, 综合损耗越高。随着变压器容量的增大, 节能效率也逐步提高。
2.2 生产成本节能分析
采用非晶纳米晶软磁性材料作变压器、电动机等电力设备的铁芯之所以节能, 除了它本身的特软磁性、电阻小、铜耗、铁耗、磁滞损耗大大降低使设备本身耗能少以外, 还因为非晶材料合金生产过程的能耗低, 制造工艺简单, 一次成材, 与生产硅钢片相比, 能耗要少得多。无负载损失可减少到传统硅钢变压器的1/5左右。
2.3 实际节能分析
根据运行经验, 1台500 kV·A的SBHl6型非晶合金变压器运行1年后, 比S9硅钢变压器节约能耗达9373 kW·h。其节能效果是相当可观的。
小容量变压器以非晶态合金铁心变压器性能为优。当随着容量增大, 与硅钢片铁心的变压器的性能接近。在铁耗上节约的幅度与其铜耗上超出硅钢片铁心的变压器的部分相抵。大容量非晶态合金铁心变压器的质量与体积都超过相同容量的硅钢片铁心的变压器。
2.4 非晶合金电力变压器的投资回收
非晶合金变压器的价格比较高, 投资必须考虑资金的回报率。
相对于S9型变压器, 非晶合金变压器负载率越高, 变压器的容量越大, 相对于S9变压器的多投资回收期也越短。
3 非晶合金电力变压器的运行特点
(1) 由于过电压或瞬时波动造成的过励磁运行不影响其空载性能。
(2) 负载不平衡时空载性能基本稳定。
(3) 过负荷运行时空载性能增大, 对于重载负荷区不宜使用。
(4) 能够适应户外条件。
(5) 倾斜时空载性能不受影响。
4 非晶合金电力变压器的应用
我国生产非晶合金变, 压器的技术成本比美、日、欧高, 我国没有自已的非晶合金变压器的制造技术, 导致非晶合金电力变压器在我国的价格一直居高不下。
实际应用表明, 非晶合金变压器的空载损耗小, 经济运行负荷率较低。适用于负载率较低的电力系统。在我国推广非晶合金变压器可以降低变压器的损耗。
非晶合金变压器的使用除具有直接的经济效益外, 还减少了发电产生的废气、废渣对环境的污染, 节约了自然资源。
5 结论
非晶合金变压器性能优异, 节能效果明显, 应广泛推广应用。在工程上应以大容量、高负载率的采用原则来确定非晶合金变压器的容量。应加快非晶合金变压器的国产化, 降低非晶合金变压器的价格。
摘要：非晶合金铁心变压器是用非晶合金制作而成, 比普通变压器的能耗小, 是较为理想的变压器。但是它的磁通密度低, 机械应力敏感, 工作期间可能导致空载损耗增大。本文研究了非晶合金铁心变压器的特点, 提出了相应节能措施。
关键词：非晶合金,电力变压器,节能
参考文献
[1]惠希东, 陈国良.块体非晶合金[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[2]茅建华.非晶合金变压器节能经济效益分析[J].上海电力学院学报, 2005.
国产非晶铁心变压器 篇3
在冶金材料中,金属或合金属于晶态结构材料,这类材料中的原子呈有序排列,其点阵结构具备周期性特点。而非晶合金是指在液态或气态物质在急速冷凝固状态下,合金原子中的结晶未能有序排列,使得固态合金原子呈现出无序结构,不存在晶态合金的晶界、晶粒。非晶合金的性能优异、工艺简单,属于先进的冶金材料,拥有良好的耐磨性、耐蚀性、磁性、韧性、耦合性、电阻率、硬度和强度。非晶合金的构成元素为80%的铁元素和20%的硅元素,具有高饱和磁感应强度,相比较硅钢片而言,其在磁导率、铁损、激磁电流等方面均显现出优势,尤其在铁损方面,非晶合金仅为硅钢片的1/3,将非晶合金应用到变压器中,可有效降低能耗。非晶合金的带材厚度一般为0.03mm,适用于条件为10k Hz以下频率,当前已经被广泛应用于大功率开关电源、磁放大器、逆变器以及各类型变压器中。
2 非晶合金铁心变压器的结构
由于非晶合金材料的加工工艺较为复杂,在现有的技术条件下,非晶合金带材的规则只有三种宽度分别为142mm、170mm、213mm,其特点是硬而脆、难以剪切和加工。鉴于此,绝大部分的非晶合金铁心采用的都是长方形截面。从其结构形式上看,具体是将下铁轭部分设计成交错搭接的开口单卷卷铁心结构。三相五柱式是一种用于非晶合金变压器铁心结构较为普遍的形式,如图1所示。
3 非晶合金铁心变压器的应用前景
以非晶合金作为铁心的变压器具有节能和环保的优点。在节能方面,非晶合金铁心变压器的空载损耗非常低,这使其节能效果非常显著,因非晶合金材料有着优异的导磁性,能够以较少的能耗磁化或是消磁,因此非晶合金铁心变压器的空载损耗要远远低于常规变压器,这一特点在实际应用中得到了验证。此外,在一些电力负荷波动变化较大的领域中,如公路、城市基础设施、民用住宅小区等等,非晶合金铁心变压器也同样具有良好的节能效果,它的应用不但能够节省大量的电厂投资,而且还能减少发电燃料的消耗,经济效益十分明显。在环保方面,通过相关的技术检测结果可知,将非晶合金铁心用于油浸式变压器时,能够减少各类有害气体的排放,如一氧化碳、氧化硫、氮气等等,这对于降低大气污染较为有利。
作为发展中国家,我国的能源消费增长速度加快,同时,能源紧缺也是一个不争的事实。为此,国家将节能作为了一项重要的基本国策。随着城乡电网改造进程的不断加快,国电总公司相继实行了更换S9型节能变、停产S7型和淘汰电网中64及73系列的高能耗变压器等措施,这对电网线损的降低起到了一定的作用。据相关调查统计数据结果显示,现阶段我国输配电损耗约占电力总产量的7%左右,由此导致了电力利用率有所降低,大量的电能白白浪费,因此降低变压器损耗成为节能降耗的当务之急。配变是电力传输系统的关键设备,其数量多、运行时间长、节能潜力巨大。随着电力工作者对非晶合金材料优点的逐步认识,非晶合金铁心变压器势必会在不久的将来取代传统的铁心变压器,通过非晶合金铁心变压器在配网当中的大规模应用,能够发挥出不可估量的节能作用,由此产生的经济效益和社会效益非常巨大。不仅如此,还有利于电能质量的提升和电力系统自身损耗的降低。非晶合金铁心变压器的初期成本虽然要比传统变压器高很多,但它所具有的优异的低损耗性能,将会使运营成本大幅度降低,由此带来的经济效益是非常巨大的,足以抵消前期投资成本。鉴于此,推广普及此类变压器对于节能增效具有重要的现实意义。
4 非晶合金铁心变压器的发展方向
与优质冷轧硅钢片相比,非晶合金材料的价格略高,加之其工作磁密度略低,需要使用大量的导线,使得非晶合金铁心配电变压器的价格高于硅钢片配电变压器。但是,非晶配变的使用性能优异,在综合考虑变压器寿命周期内的能耗情况下,可在非晶配变价格高于硅钢片配变30%以内时,选择安装非晶配变是最为经济的方案。从投资效益上来看,使用非晶配变能够大幅度减少空载损耗,这部分损耗节省的资金可用来抵消非晶配变一部分售价,使得非晶配变即便售价过高,也仍具备良好的投资价值。对于工厂企业而言,选择非晶变压器时需要多投入一部分资金,但是在非晶变压器使用中,可有效节省电费支出,使得多支出的这部分资金基本会在4~5年内回收。对于电力系统而言,线路损失是重要经济考核指标,选用非晶变压器可有效降低线损,提高供电经济效益。
参考文献
[1]邓云川,高宏.非晶合金铁心变压器及其在电气化铁路中的应用[J].高速铁路技术,2013,(8):81-82.
[2]王金丽,盛万兴,向驰.非晶合金配电变压器的应用及其节能分析[J].电网技术,2008,(18):25-29.
国产非晶铁心变压器 篇4
我国是世界上能源消费增长最快的国家, 同时也是能源紧缺国家, 为满足社会可持续发展和保护生态环境的需要, 国家发改委已将非晶合金变压器列为重点推广节电产品。非晶合金干式变压器作为一种新型的低损耗干式变压器, 除了继承硅钢片铁心干式变压器产品的大部分优点外, 还显示出优越的技术性能和良好的社会经济效益。本文通过分析非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器运行时的各种参数比较, 说明了非晶合金变压器的参数性能优于硅钢片铁心变压器的参数性能。
2 非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器运行参数比较
对《GB/T 22072-2008干式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》[1]与《GB/T10228-2008干式电力变压器技术参数和要求》[2]进行比较, 见表1, 可以看出非晶合金产品的空载损耗仅为GB/T 10228-2008损耗值的28%左右, 而负载损耗为94%, 空载电流为67%。非晶合金产品的参数性能大大优于国标GB/T 10228。
下面以一台SCBH15-500/10与一台SCB9-500/10为例, 通过实际运行数据进行各种性能比较。
2.1 损耗比较
表2是在不同负载率下测量非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器的总损耗值, 图1是两者比较的曲线图。
由表2和图1可以看出, 在不同的负载率下, 非晶合金变压器的总损耗值均大大优于硅钢片铁心变压器。
2.2 温升比较
表3是在不同负载率下测量非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器的温升值进行比较。
从表3中可以看出, 在不同的负载率下, 非晶合金变压器的高低压绕组、铁心温升均低于硅钢片铁心变压器。
2.3 噪声比较
表4是在不同负载率下测量非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器的噪声值进行比较。
从表4中可以看出, 在不同的负载率下, 非晶合金变压器噪声比硅钢片铁心变压器要高。这其中的原因是非晶合金的制造技术不够成熟, 随着非晶合金变压器制造技术的日益成熟, 非晶合金变压器的噪声问题也会逐渐得到控制。
2.4 变压器效率
表5是在不同负载率下测量非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器的效率值进行比较。
从表5中可以看出, 在不同的负载率下, 非晶合金变压器效率要比硅钢片铁心变压器要高。对于效率要求高的情况, 非晶合金变压器是一个很好的选择。
3 非晶合金变压器过负载能力和过电压能力
明珠电气公司对非晶合金变压器的过载能力进行了系统的理论与试验研究, 在过载20%的情况下不会引起空载和负载的突变。图2中负载特性图示表示在过负荷1.2倍的情况下, 非晶合金变压器的仍然能够正常运行, 足以证明其过负载能力。图3与图4表示在1.2倍过励磁的情况下, 非晶合金变压器的空载损耗和空载电流没有突变, 表示该非晶合金变压器在1.2倍过励磁仍然能够正常运行。非晶合金变压器的过负载能力和过电压能力足以与硅钢片铁心变压器相媲美。
4 结语
通过以上损耗、温升、噪声和效率的比较可以看出非晶合金变压器的损耗、温升值和效率均优于硅钢片铁心变压器, 由于变压器的寿命与变压器的温度有关, 故非晶合金变压器的寿命也比硅钢片铁心变压器的寿命长。
以往很多人多认为, 非晶合金铁心变压器的过负载能力和过电压能力都要比硅钢片铁心变压器的过负载及过电压能力弱, 但通过研究表明, 只要设计合理, 非晶合铁心金变压器在1.2倍过负载及过电压下变压器均能正常运行, 这说明了非晶合铁心金变压器拥有很好的过负载能力及过电压能力, 与硅钢片铁心变压器的性能不相上下。
非晶合金变压器的制造技术要比硅钢片铁心变压器的制造技术晚, 故有不少技术问题还需要逐步提高。相信随着非晶合金变压器制造技术的日益成熟, 非晶合金变压器的缺点会越来越少, 非晶合金变压器的应用将会更加广泛。
摘要：分析比较了非晶合金变压器与硅钢片铁心变压器运行时的各种参数, 包括对不同负载下变压器的空载损耗、负载损耗、温升、噪声、效率以及过载能力和过电压能力的比较, 从而得出非晶合金变压器参数优于或不亚于硅钢片铁心变压器参数, 为研究非晶合金变压器提供参考。
关键词：非晶合金,变压器,运行参数
参考文献
[1]GB/T22072-2008.干式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求[S].