非晶合金铁心（共4篇）
非晶合金铁心 篇1
变压器是利用电磁感应将一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压的交流电能。它的主要部分是铁心、绕组、绝缘、外壳等。铁心、绕组、绝缘、外壳和其他组件的结构不同导致变压器的容量、电压的不同。普通变压器铁心一般用硅钢片叠成, 片上涂以绝缘漆, 以避免片间短路。
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.
[3]韩能霞.非晶合金铁心变压器的特点分析[J].江苏电器, 2008.
非晶合金铁心 篇2
节能降耗是国民发展经济的一项长远战略方针。据世界银行统计显示,从改革开放以来我国GDP以平均每年9.83%的高速增长,已成为世界上能源消耗增长最快的国家,同时面临能源紧缺的压力。变压器作为电力系统的重要设备之一,降低变压器损耗可以节约大量能源。变压器的损耗主要为铁损与铜损,有效降低铁损可使变压器高效、节能化。使用非晶合金铁心制成的变压器空载损耗比传统取向硅钢片变压器降低约75%,节能效果十分显著,推广和使用非晶合金变压器将有效解决电能在传送过程中的损耗问题。
据统计,2015年全国发电量5.62万亿千瓦,输配电损耗中配电变压器电能损耗占全国发电量的3.3%,接近三峡集团四大电站2015年全年发电量,电能损耗十分严重。根据国家工业和信息化部、质检总局和发展改革委2015年8月13日联合发布的《配电变压器能效提升计划》,逐步淘汰高耗能配电变压器,到2017年底,将累计推广高效节能配电变压器6亿千伏安。通过计算,每推广1亿千伏安非晶合金铁心变压器每年约节电16.1亿千瓦时,那么6亿千伏安将实现年节电96.6亿千瓦时,相当于节约标准煤318.6万吨。在国家倡导节能减排的大环境下,非晶合金变压器市场前景广阔。
1三相三柱非晶合金铁心优点
1.1与取向硅钢片对比
采用非晶合金铁心具有以下优点:
(1)单位铁损比取向硅钢片低70%~85%,节能效果明显;
(2)激磁功率比硅钢片小80%以上,空载电流小。
1.2与传统三相五柱非晶合金结构对比
采用三相三柱非晶合金结构,具有以下优点:
(1)由于铁心取消旁轭,产品的宽度方向减小,产品占地面积减小约20%;
(2)由于铁心重量减小,成本降低6%~9%,空载损耗降低5%~8%;
(3)可以做成Yyn0联接组标号;
(4)在做好噪声处理、及装配问题后,设计磁密可略大5%;
(5)装配相对简单,可打开上铁轭合金片接缝后进行线圈套装,工艺性好。
2设计要求
2.1铁心结构设计
三相三柱非晶合金片外形见图1。非晶合金带材加工工艺复杂,材质硬而脆,难以剪切,变形加工困难。国内制造的非晶合金带材有安泰南瑞公司1K101带材、青岛云路公司1K101带材,国外制造的有日立金属公司2605SA1带材,并且铁心选用带材宽度只有三种:K=142 mm、N=170 mm、T=213 mm,在设计时根据变压器容量选择适合的带材宽度制成矩形截面的铁心。从结构形式上看,三相三柱非晶合金铁心一般将上铁轭部分设计成有交错搭接布置接缝的开口卷铁心结构,以便于组合成三相变压器铁心及方便线圈套装。
通常10 k V级、容量500 k VA及以下的小型干式配电变压器非晶合金铁心为两框三柱结构:采用两个内框铁心和一个外框铁心组成;当容量大于等于630 k VA时,由于受到非晶合金带材宽度最大宽度213 mm限制,单只铁心截面积不足以满足磁密要求,结构可采用:四个内框铁心与两个外框铁心分前后2只铁心使用环氧树脂粘接组合在一起(见图1右侧),此结构可制造较大截面积的铁心,采用这种多只铁心组合结构,解决了非晶合金片宽度的限制,使非晶合金铁心可满足2500 k VA容量使用。
2.2铁心拉板厚度选取原则
三相三柱非晶合金铁心见图2,铁心由非晶合金片及拉板通过环氧树脂粘接在一起形成一个整体。非晶合金铁心干式变压器结构设计与传统取向硅钢片干式变压器的铁心柱支撑结构不同,非晶合金片由于其特性不能受力,故将变压器结构设计为非晶合金片被铁心拉板、上下夹件及上下侧夹件组成的框架结构保护其中,在设计框架时,应留有合适的裕度,保证铁心不受挤压。表1是根据设计与经验得出的铁心拉板厚度的选取原则,厚度可根据非晶合金铁心的实际重量进行调整。
2.3磁密选取与空载损耗工艺系数
在设计变压器时,选择合理的铁心截面积可以有效的降低制造成本。众所周知:铁心的净截面积的计算公式S1=K×S,S1——净截面积,K——叠片系数,S——横截面积。根据2016年1月北京中机联供非晶合金科技股份有限公司提供的最新数据,现非晶带材铁心的叠片系数取值为0.88。据研究表明,磁密与空载噪声关系近似线性,根据实际产品在不同磁密下的空载噪声(声压级)可得图3。由图3可得:在设计非晶合金铁心变压器时,铁心磁密每升高0.05 T,空载噪声将增加约2 d B;在制造过程中由于对铁心受力的操作,造成非晶片存在不同程度的损伤,使得非晶铁心在制造为变压器产品后,噪声增加5 d B左右。因此,设计变压器磁密时应综合考虑噪声值与成本,合理的磁密能有效降低制造成本。根据目前非晶合金铁心干式变压器制造经验与水平,铁心磁密设计一般≤1.25 T,设计时应综合自身企业的制造工艺水平。
在三相三柱非晶合金铁心干式变压器制造中铁心与线圈装配时,分为三个步骤:(1)打开上铁轭合金片接缝;(2)套装变压器线圈;(3)闭合上铁轭合金片接缝。此三个步骤都将使合金片受力,导致变压器装配完成后铁心空载损耗及噪声值比装配前有所增加,故在设计时要留有合适的裕度。根据目前三相三柱非晶合金铁心干式变压器制造经验,空载损耗工艺系数一般取1.3左右。在制造时应考虑企业工装及装配水平,适当调整工艺系数。
2.4线圈结构设计
由于非晶合金带材的限制,只能制成长矩形,故变压器线圈必须采用矩形绕组,图4为非晶合金铁心干式变压器线圈结构示意图。矩形绕组在设计与制造工艺上与常规圆形绕组存在差异。有非晶制造经验的企业会发现,矩形绕组在绕制时,导线与线圈模具不贴服,导致线圈尺寸出现严重超差,故进行电磁设计时,应结合企业自身制造水平及绕组尺寸大小选取合适的绕制裕度,绕制时可用胶木锤敲打或者采取夹具整形,矩形绕组的幅向尺寸可得到较好的控制。在进行线圈设计时低压线圈通常采用箔式或圆筒式结构,高压采用多层圆筒式分段结构。高、低压线圈全部由环氧树脂包封,增强抗短路的能力。
2.5抗短路能力的设计[1]
非晶合金铁心变压器在发生短路时,产生强大电动力将直接作用在铁心上,导致合金片出现不可修复的损伤,严重破坏其导磁性能。由试验可得,矩形绕组在承受短路电动力时比圆形绕组更容易出现变形,这是由于矩形绕组受力不及圆形绕组均匀。
变压器在突发短路时,绕组要承受轴向与幅向电动力。通过生产实践,变压器可采取以下方法来增加绕组轴向抗短路的能力:(1)在线圈上、下部采用绝缘压块、绝缘垫块用压钉的方式将绕组压紧在上下夹件之间;(2)绕组全部采用环氧树脂浇注以增强结构强度。采取此两种措施后,足以承受突发短路时产生的轴向电动力。矩形绕组与圆形绕组在承受幅向短路电动力时差异较大,不能使用圆形绕组的经验公式计算。据研究表明:矩形绕组在承受短路电动力时,长轴方向变形最为严重,所以在设计时矩形绕组的长宽比不能太大,比值越接近1(即正方形),绕组受力变形最小。此外,在变压器装配时,可在绕组长轴与短轴方向增加支撑绝缘件以增强结构强度。
3工艺要求[2,3,4]
3.1噪声控制
研究表明,铁心噪声的主要来源是磁滞伸缩使铁心随励磁频率变化做周期性振动。在同一磁通密度下的磁滞伸缩程度,非晶合金的磁滞伸缩程度比取向硅钢片高10%。由于非晶合金材料对机械力非常敏感,无论是张、应力还是弯曲力都会影响其磁性能,导致噪声增大,因此在变压器结构设计和制造工艺上,采取措施减少铁心受力。
装配工艺是影响非晶合金铁心变压器噪声水平一个不可忽视的因素。装配方式将直接影响着非晶合金带材接缝的质量。三相三柱非晶合金干式变压器通常采用平装式,平装式不同于传统三相五柱结构的倒装式,不需在套装好线圈后翻转180°,故对铁心上铁轭接缝损坏最小,接缝回搭质量最好。在制造工艺上采用先进的装配定位台,控制绕组套装过程中的装配位置和应力,尽量一次到位,减少装配过程产生的应力和返工。非晶合金铁心开口接缝处理一般有以下几个原则:(1)搭接长度不得小于8 mm,一般为12 mm~16 mm;(2)搭接面保证平整,不得有毛刺、尖角;(3)搭接后可用3M胶水或耐高温胶封堵,减小接缝处的振动;(4)在铁心卷绕方向内侧、外侧包覆吸音毯,并且在铁心柱两边拉板处绑扎6块与线圈等高宽度比铁心拉板略宽的吸音毯;(5)对图1所示空腔用减震材料或耐高温胶进行封堵。此外,噪声值可根据行业标准JB/T22072-2008(干式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求)5.11变压器的声级水平表二的规定来约束,特殊情况下的声级水平可以与用户协商确定。
3.2工艺保证措施
非晶合金铁心片由于材料特性,对压力、撞击及弯折等敏感性极高。在受到压力、撞击及弯折后其空载损耗会增加,同时很容易出现断裂、掉渣等现象,从而可能引发变压器绝缘出现故障。因此,在装配及搬运过程中应做到轻拿、轻放,避免出现撞击、受压现象。特别是对上铁轭开口合金片接缝处,进行打开、立直及在线圈套装后弯折、接缝复原过程中必须精心操作。在装配过程中,应用吸尘器将合金片碎渣清理干净。在对上铁轭开口接缝打开之前,上铁轭必须刷变压器油。
4阻抗电压的计算
结合非晶合金变压器线圈结构示意图与漏磁面积计算示意图,如图4、图5所示,可得矩形绕组非晶合金变压器阻抗计算公式如下[5,6,7]:
有功分量:
无功分量:
将式(1)、(5)式代入(6)中即可得到阻抗电压:
阻抗电压:
式中:f─频率,Hz;
IW─安匝数(同一侧数据),A;
∑D─等效漏磁面积,cm2;─cm
λ─漏磁场总宽度,cm;
a1、a2、a12─低压绕组裸线厚度、高压绕组裸线厚度、
漏磁空道厚度,cm;
r1、r2、r12─低压绕组中心周长一半、高压绕组中心周长一半、
漏磁空道中心周长一半,cm;
ρ─洛氏系数;
K─电抗修正系数,取0.95~0.97;
et─每匝电势,V;─cm
H─平均电抗高度,cm;─W
PK─负载损耗,W;
Sn─变压器的额定容量,k VA。
5试验验证
根据上述的设计与工艺等进行试验验证,对5种容量三相三柱非晶合金干式变压器产品进行空载损耗、短路阻抗、噪声测试(声压级),试验结果如表2。
通过上表可得出:(1)空载损耗系数取1.3时,空载损耗试验值与设计值十分接近;(2)设计磁密控制在1.25 T以下并按照上文所述3.1噪声控制方法,噪声得到了较好的控制,与通常非晶合金铁心干式变压器噪声值62 d B相比效果明显;(3)试验得出的阻抗电压值与上文4所用公式计算结果一致。
6经济性分析
为满足社会的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产品。根据国家变压器质量监督检验中心的分析方法,变压器本身年运行的电能消耗为:
注:Po:空载损耗,k W;PK:负载损耗,k W;Io:空载电流,%;Sn:额定容量,k VA;Uk:短路阻抗,%;ρ:平均负载系数0.75年运行时间:8 760 h;无功经济当量:0.05 k W/kVar。
通过计算,符合GB/T 10228-2015常规干式变压器与符合GB/T 22072-2008非晶合金干式变压器产品每年的电能消耗如下表3:
根据上表3常规干变及非晶干变每年的电能消耗,节能效果进行比较分析:
1)1 000 k VA常规干变运行1年的电能消耗为:
2)1 000 k VA非晶干变运行1年的电能消耗为:
一台1000k VA非晶干变比常规干变产品年节省电73852-62289=11 563k Wh,节约运行成本约为:48004-40488=7 516元。按变压器的正常使用寿命30年计算,在整个寿命周期内可节省电能为346 890k Wh,节约运行成本约为225 480元。
7结束语
本文主要阐述了在三相三柱非晶合金铁心干式变压器设计与工艺需要注意的一些问题:铁心设计、磁密与空载损耗工艺系数、线圈设计、噪声控制、阻抗电压的计算等。在采用这些设计与工艺措施后,产品通过了所有的例行试验、型式试验和特殊试验,客户反应使用情况良好。通过对常规干式变压器及非晶合金铁心干式变压器每年的电能消耗,节能效果进行比较分析,非晶合金产品节能效果非常可观,投资回收效益快,值得大力推广。
摘要：非晶合金作为一种新型导磁材料,与取向硅钢片相比单位铁损小,可有效降低变压器空载损耗。三相三柱非晶合金铁心结构比传统三相五柱非晶合金铁心结构节材显著。介绍了三相三柱非晶合金铁心干式变压器结构及性能特点,对变压器设计及工艺中的几个关键问题进行分析和阐述,并结合产品试验结果进行对比分析。通过与常规干式变压器运行成本进行对比,证实非晶合金铁心干式变压器的节能效果非常可观,可为配电网节约大量电能。
关键词：三相三柱非晶合金,干式变压器,结构特点,噪声,短路阻抗,节能
参考文献
[1]张奕,王晓建,朱宏,等.浅谈非晶合金环氧浇注干式变压器[J].变压器,2005,42(9):11-13.
[2]陈玉国.非晶合金铁心配电变压器的分析[J].电力设备,2005,6(12):56-58.
[3]刘燕,唐金权,张建军.非晶合金干式变压器几个关键问题[J].变压器,2007,44(6):7-10.
[4]段绍辉,丁庆,黎剑锋,等.非晶合金铁芯干式变压器噪声特性研究与分析[J].机电工程技术,2014(3):36-39.
[5]占庆一,谭朔.矩形绕组变压器短路阻抗的计算[J].变压器,1998(9):10-12.
[6]路长柏,朱英浩等.电力变压器计算[M].哈尔滨:黑龙江科学技术出版社,1990.
非晶合金铁心 篇3
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].
非晶合金铁心 篇4
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。