浅议非晶合金干式变压器几个关键问题

郭伟　李洪伟

摘 要：变压器在输电和变电过程中的损耗非常大，约占整个配电网损耗的一半，甚至有时还会高出一半。非晶合金变压器的诞生，使得这种损耗得以被大幅度降低，同时更是提高了输变电的效率。该文以非晶合金材质的干式变压器作为切入点，探讨它的特性、工艺、原理等多个关键性问题。

关键词：非晶合金 干式变压器 噪声控制 节能经济

中图分类号：TM412 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（c）-0098-01

我国是能源消耗大国，无论是电能还是石油能源，还有许多其他资源，每日都被大量消耗着。为此，国家制定了节能环保政策，并出台了一系列措施。传统的变压器因其材质和工艺问题，会在输变电过程中发生严重的损耗。为此，国家在不断的探索中发现了一种新式变压器——非晶合金材质的变压器，这种变压器可以通过金属与非金属元素的混合，使得“铁芯”具有更低的损耗率和磁滞率，这是一般变压器所无法媲美的优越性。当前，我国发改委已经将其列为重点推广产品。

1 非晶合金变压器中的干式变压器

非晶合金变压器与传统变压器一样分为干、油两种。由于该文以干式为研究对象，因此在此处就不花费篇幅对油浸式进行过多描写。非晶合金材质的干式变压器，其型式有两种，分别为环氧浇注式及敞开式，其中尤以前者适用范围更加广泛。环氧浇注型的非晶变压器，因其“铁芯”的材质和结构与一般变压器不同，因此造成二者在性能上也有了非常大的差异。究其结构可以发现，非晶变压器的“铁芯”其截面为矩形，多为三相四框五柱形态，由箔绕式的低压绕组、线绕式的高压绕组组成，并使用环氧树脂将其浇筑为矩形结构[1]。非晶干式变压器具有非常高的优越性，不但与传统干式变压器一样难燃、阻燃，还具有非常高的稳定性，且不必经常维护，可以说非常节能经济。而非晶干式变压器极少的缺点之一，就是噪声问题，也可以利用工艺进行解决。

2 非晶变压器在节能经济性上的具体体现

传统干式变压器的“铁芯”材料是硅钢，这种材料使得传统干式变压器在空载时产生了极大的损耗，大大地浪费了电能。而使用了非晶合金这种新式材料后，非晶变压器可以使空载电流大幅度降低，使节能效果上升了近80%。比较节能效果，是当前最为理想的配电变压器之一[2]。众所周知，变压器的有效周期寿命大约在三十年，在使用周期中，其运行成本远远高于制造成本，而运行成本中，占据比例最大的就是能耗，即空载损耗和负载损耗。非晶合金变压器的使用，使得电力的利用率更高、能源被节约，运行成本得以显著下降，带来了更高的经济效益。

我国多为火力发电，煤炭与石油在使用过程中造成了极大的污染。而非晶变压器的投入使用，使得二氧化碳、二氧化硫等气体的排放大大减少，社会效益与生态效益都有了明显的提高。尤其是农村及经济欠发达地区，这种节能性和经济性就体现的更加明显了。

3 非晶变压器的特性

若要分析非晶干式变压器的特性，则要首先了解非晶合金材料的特性。通过研究，我们发现非晶合金是一种性质比较特殊的软磁材料，它由金属和非金属元素构成，按照一定比例在熔融状态下进行超速冷却而产生的带状金属。对比冷轧工艺下生产的硅钢材料，可以发现非晶合金材料的性能在如下几个方面具有极高的优越性[3]：第一，非晶合金具有各向均同性的特点；第二，3微米的超薄厚度，具有非常低的填充系数；第三，同单位的非晶合金与硅钢相比，前者损耗率仅为后者的三分之一；第四，非晶合金具有较高的电阻率，涡流损耗非常低；第五，节能环保无污染，工艺简单。以上五个优点使得以非晶合金材料作为“铁芯”的新型干式变压器也拥有了这些优点，不但节能环保，性能也是更加优越。

非晶合金材料除了上述五项优点，还有其他特征，如硬度大难以切割、处理时必须进行退火操作、性脆易碎以及容易受到机械应力的影响而无法正常发挥性能等。对此，只好从工艺和设计方面进行改进。

4 非晶合金干式变压器的电磁设计

非晶合金变压器与传统硅钢变压器没有明显的不同，主要的区别就是前文所提到的截面的形状是矩形开口卷状。非晶变压器的“铁芯”结构有三相三柱与三相五柱两类，其中三相五柱的性能更好。

5 非晶合金干式变压器的噪声控制

非晶变压器的“铁芯”会在使用中发生磁致伸缩，从而产生噪声。而非晶合金材料的性质决定了非晶变压器会对机械的应力极其敏感，一旦受到外力，磁致伸缩的结果要比硅钢高十分之一，进而噪声也会更大。因此，在设计时，应该注重设计“铁芯”的抗力，以免对其磁性能造成严重影响。由于JB/T行业标准无法适用于非晶变压器的噪声规定，因此，非晶变压器的最大声级限值只能由制造商及使用者进行商讨来确定真正适合的数值。目前，按照来自市场与用户的反馈，可以确定，2 500千伏安之下的非晶变压器，其声级限值不得超过65dB。

5.1 参数设计

（1）磁通密度。

非晶合金变压器的噪声控制，要设置许多参数，磁通密度就是其中之一。根据现有研究成果可知，非晶合金材料其磁通密度的飽和限度约为1.5T，而硅钢比非晶高0.5T。若要使二者的磁致伸缩程度不相上下，则要保证非晶合金变压器在工作状态的磁通密度更低，即增加非晶合金变压器的截面面积、降低了“铁芯”的质量。这样做尽管在一定程度上会增加噪声，但增加结果依然符合国家制定的关于变压器的噪声要求[4]。一般来说，在企业自身工艺水平能够达到的前提下，保证非晶变压器工作状态下的磁通密度不得超过1.25T。

（2）磁化容量。

若要降低噪声，可以将“铁芯”按照单位进行磁化容量的降低。鉴于磁化容量与损耗相互制约，因此，要采用特殊的工艺来使单位磁化容量降低。即，在不影响空载损耗情况的同时，将损耗掉的性能变为磁化性能。而这个工艺的系数，要经过一点点的试验才能找到。

5.2 结构优化

借助专门的分析软件为非晶变压器进行录入数据、建立模型操作，计算出其振动模态及升学模态的共振频率，然后针对这两项进行针对性的结构设计，以降低这些模态的频率，以免这两种模态频率和变压器自身带有的励源频率相叠加，造成更多的振动能量向辐射向转化[5]。需要注意的是框架的设计，尽量留出适量的空裕度，或者加入垫子和吸引材料，以免夹件的框架与“铁芯”发生碰撞摩擦而产生噪音。

综上所述，该文从非晶合金干式变压器的特性、优点、电磁设计、噪声控制等多个方面进行了较为全面的分析，介绍了非晶合金干式变压器的优缺点，望对希望改善非晶变压器功能的相关工作者起到参考作用。

参考文献

[1] 左静，周易，陶英.非晶合金变压器的发展及应用[J].科技与企业，2012（12）.

[2] 陈润本.非晶干式变压器的应用分析[J].科技信息，2012（27）.

[3] 刘燕，黎剑锋，蔡定国.非晶合金干式变压器的特点及性能分析[J].电气制造，2007（4）.

[4] 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（6）.

[5] 陈新周，林知音.浅谈非晶合金铁芯变压器的发展与应用[J].机电工程技术，2011（8）.