非晶合金變壓器國內(nèi)外鐵芯帶材空載損耗比對分析

時間：2019-05-02作者：北京恒安源電氣集團有限公司瀏覽：151

分析了影響非晶合金變壓器鐵芯空載損耗的重要因素，并對國內(nèi)外技術*非晶合金變壓器鐵芯帶材空載損耗 值進行比對分析，結果表明，隨著國產(chǎn)帶材生產(chǎn)技術的發(fā)展，國產(chǎn)帶材的各項性能已逐步追平甚至**過進口帶材。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，基礎建設迅速擴張，配電變壓器作為輸配電系統(tǒng)的重要設備，其需求量呈較大、較快的增長趨勢。我國農(nóng)村電網(wǎng)負荷呈較強的季節(jié)性，配電變壓器輕載或空載運行時間較長，其空載損耗成為電能損耗的主要部分。

配電變壓器使用量大、應用范圍廣、運行時間長，因此具有很大的節(jié)能潛力。憑借鐵芯材料的特殊性 能，非晶合金配電變壓器的空載損耗比傳統(tǒng)的硅鋼鐵芯變壓器空載損耗顯著降低，僅為新S9型變壓器的1/4 左右，是頗具應用潛力的電力節(jié)能設備。

由于目前國內(nèi)非晶合金配電變壓器制造商的生產(chǎn)工 藝參差不齊，產(chǎn)品性能差異較大，且缺乏對其節(jié)能效果的合理評價和宣傳，用戶基本持觀望態(tài)度，因此，在選擇非晶合金變壓器鐵芯帶材上，國內(nèi)鐵芯帶材制造商尚不占優(yōu)勢。針對這一情況，分析了影響非晶合金變壓器鐵芯空載損耗的因素，并對國內(nèi)外技術*的非晶合金變壓器鐵芯帶材生產(chǎn)制造商的鐵芯帶材空載損耗值進行比對分析。

1 、國內(nèi)外非晶合金帶材發(fā)展情況

在20世紀80年代，美國聯(lián)信公司是世界上唯 一一家能商業(yè)化生產(chǎn)非晶合金帶材的企業(yè)，而后該公司逐步開始發(fā)展中國非晶合金市場。受美國聯(lián)信公司影響，90年代初期，我國變壓器企業(yè)開始全部使用該公司的非晶帶材進行非晶合金變壓器制造。

1998年，上海置信電氣股份有限公司是我國**家專業(yè)生產(chǎn)非晶合金變壓器的企業(yè)，使用美國通用電氣公司變壓器技術制造非晶合金變壓器。1990—2003 年，我國具備非晶變壓器制造技術的 企業(yè)只有20多家，當時國內(nèi)市場非晶帶材的用量非常有限，僅1000多噸，且當時國產(chǎn)帶材非晶合金鐵芯產(chǎn)品質(zhì)量很不穩(wěn)定。

自2005年，北京中機聯(lián)供股份有限公司實現(xiàn)了*生產(chǎn)設備到制造工 業(yè)整套非晶合金變壓器的鐵芯生產(chǎn)技術，帶動了安泰科技股份有限公司從事國產(chǎn)非晶帶材的商業(yè)化生產(chǎn)，形成了萬噸級的國產(chǎn)非晶帶材生產(chǎn)規(guī)模，并逐步擴大生產(chǎn)能力。

目前市場上的重要非晶合金帶材生產(chǎn)公司有日立金屬和安泰科技，分別生產(chǎn)進口帶材和國產(chǎn)帶材。

日立金屬是目前世界上較大的非晶帶材生產(chǎn) 商，技術水平和生產(chǎn)規(guī)模均處于良好水平。其生產(chǎn)的SA1帶材是目前行業(yè)標準，在此技術上，日立金屬開發(fā)了新一代帶材HB1。與SA1相比，HB1的矯頑力降低25%，令鐵損進一步減少。另外， HB1的飽和磁通密度比SA1 提高了5%，有利于變壓器設計小型化，減少帶材、銅、油等用料消耗。

在產(chǎn)能規(guī)模方面，2007年年產(chǎn)量已達5.2萬t， 2009年產(chǎn)能達到8萬t，2015年產(chǎn)能已達到15萬t。在市場策略方面，日立科技非常注重下游產(chǎn)業(yè)鏈市場與客戶的培育，通過各種形式與途徑在變壓器生產(chǎn)企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)推介非晶合金材料，通過培育重點客戶、典型市場持續(xù)提升其在變壓器生產(chǎn)領域的話語權和市場份額。

安泰科技設有國家非晶微晶工程技術研究中心，主要定位是加速非晶微晶科研成果的工程化和產(chǎn)業(yè)化。目前該公司擁有5條帶材生產(chǎn)線，可生產(chǎn)寬度在100mm以下的不同規(guī)格的鐵基、鐵鎳基、 鈷基非晶帶材和鐵基**微晶帶材，可用于滿足各種特種需求。

2 、鐵芯空載損耗影響因素

2. 1 鐵芯設計參數(shù)的選定

非晶合金鐵芯飽和磁通密度較低，因此，在鐵芯設計時，額定磁通密度不宜選取過高。圖1為非晶合金鐵芯鐵損曲線，由圖1可知非晶合金鐵芯的 空載損耗隨磁通密度的增加而上升，結合其他特性綜合考慮，磁通密度通常取1.3～1.35T時可獲得較理想的空載損耗值。

2. 2 制作工藝系數(shù)

空載損耗的計算公式為 Po = Kpo × Pre × Gre。當確定了鐵芯的單位損耗 Pre及重量Gre后，空載損耗的高低受工藝系數(shù)Kpo的影響很大。工藝系數(shù) Kpo主要與鐵芯受力大小及鐵芯接縫搭接裕度有關，主要 取決于裝配過程的工藝控制。

目前工藝系數(shù)Kpo主要取值為1. 33 ～1. 4。由于非晶合金鐵芯對機械應力非常敏感，鐵芯受力大將影響其電磁性能，造成空載損耗增加。鐵芯受力越大，空載損耗增加越多。在結構上應采取措施，盡可能減少鐵芯受力。裝配時打開鐵芯接 縫、套裝線圈、合上接縫及壓緊線圈等操作均可使鐵芯受力，造成裝配后的部分鐵芯空載損耗比裸鐵芯時略有增加。

因此，在裝配過程中應采用臥式裝配，即線圈平躺，將鐵芯推入線圈再合口。與立式裝配相比臥式不需將鐵芯合口后翻轉180°，減少鐵芯裝配過程受力，有效避免空載損耗的增加，目前90%的非晶變都已采用臥式裝配。在設計中采用鐵芯掛在繞組上的結構形式，減少鐵芯受力， 要注重提高非晶鐵芯熱退火工藝技術水平，有效消除鐵芯本身存在的應力，避免長期運行后造成空載損耗的增加。

2. 3 非晶帶材鐵芯的搭接裕度

由于非晶合金變壓器鐵芯空載損耗大小與運行 時鐵芯受壓力成正比，故在設計時應采用鐵芯懸掛式結構，即將鐵芯懸掛在線圈上，以避免鐵芯成為主承力部件，減少鐵芯受力，降低變壓器空載損耗，懸掛式大大降低了空載損耗和空載電流。在鐵 芯懸掛在線圈上時，應采用倒掛式，即將斷口朝下。斷口朝下可有效避免斷口裂開，防止由于長期運行造成空載損耗增加。因非晶合金帶材脆性較大，斷口處較易掉落碎片，斷口朝下可使斷口處的碎片直接掉落至變壓器底部，降低其掉入線圈及變壓器油中的概率，保證變壓器安全穩(wěn)定運行。

非晶合金鐵芯開口處在變壓器裝配過程中可打開，如圖2所示，打開后可套進線圈。套入后需要重新將鐵芯開口合上，合上鐵芯片時應將鐵芯片一 組一組按順序合攏，搭接寬度控制在 8mm左右為好。合片時次序不對或搭接裕度不足將影響變壓器鐵芯性能，導致空載損耗增加，搭接裕度對鐵芯空載損耗非常關鍵。當搭接長度控制在 8mm 時，鐵芯中流過的磁通較優(yōu)，當搭接裕度不足 8mm時， 隨著搭接長度的減少，磁通密度也隨之降低，導致空載電流增大，空載損耗增加。

工人裝配時的工藝 控制、鐵芯受力、鐵芯結構設計等因素都將影響搭接裕度，因此，在鐵芯設計時，應盡量采用開口 朝下的設計方式，避免長期運行時由于鐵芯掛在繞組上導致開口處受力拉開，造成搭接裕度減少。如圖3所示，帶材所圍成的鐵芯的斷口重疊處較好 為8mm，這樣能滿足裝配工藝要求，通過試驗、 計算得知此時鐵芯的磁通剛好，此時的空載損耗也是較小。

2. 4 制作中的工藝系數(shù)

影響疊片系數(shù)的主要原因: 帶材表面劃痕、網(wǎng)點、平整度影響疊片系數(shù)，帶材表面有劃痕、網(wǎng)點及帶材之間相互重疊將產(chǎn)生一定的縫隙，影響帶材的平整度，疊片系數(shù)便會降低; 帶材的橫向公差將影響疊片系數(shù)，帶材的橫向公差即帶材的左右厚度差異，橫向公差大說明帶材左右厚度差異較大，這樣帶材重疊時縫隙也較大，將影響帶材的平整度， 使疊片系數(shù)降低。

總體說來，帶材的平整度降低意味著疊片系數(shù)降低，磁通自然也將降低，導致空載損耗增加，因此，疊片系數(shù)對空載損耗有一定的影響。

3 、國產(chǎn)和進口帶材的空載損耗

為分析對比國產(chǎn)和進口帶材的空載損耗，挑選了同一廠家、同一容量的國產(chǎn)帶材鐵芯變壓器和進口帶材鐵芯變壓器做抽檢試驗。對于同一廠家而言，2010年、 2011年國產(chǎn)帶材非晶合金變壓器受制造水平限制， 空載損耗過大，沈陽三江變壓器廠生產(chǎn)的國產(chǎn)帶材 非晶變空載損耗高達0.175kW，遠**進口帶材的0. 158kW。

2012年，對比同廠家同容量非晶合金變壓器可以看出，國產(chǎn)帶材制造的非晶變空載損耗已接近進口帶材，容量 100 kVA 的變壓器空載損耗可控制在0. 065kW左右，但是略**進口帶材。

2014 年，國產(chǎn)帶材非晶合金變壓器空載損耗已與進口帶材不相上下，甚至**進口帶材。2012年以后，采用國產(chǎn)帶材制造的非晶合金變壓器空載損耗有了明顯下降，2012年基本降到標準水平， 2014年已**進口帶材。


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