非晶合金干式变压器在设计中的应用

颜 妍 程晓东 慎建军 徐朋君 杨 健 李 桂

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2 开封新枫华置业有限公司（475006）

1 油浸式变压器与干式变压器的区别

油浸式变压器与干式变压器的最大区别就是有没有“油”。由于油是液体，具有流动性，油浸式变压器就一定是有外壳的，外壳内部是变压器油，油中浸泡着变压器的线圈，从外面是看不到变压器的线圈的；而干式变压器没有油，就不用外壳了，从外面能直接看到变压器的线圈。油浸式变压器为了散热方便，在外部设计了散热器；干式变压器没有散热器，散热靠变压器线圈下面的风机。

由于防火的需要，油浸式变压器一般安装在单独的变压器室内或安装在室外，而干式变压器肯定安装在室内， 一般情况下安装在低压配电室内，和低压配电柜并排安装。

一般情况下干式变压器应在额定容量下运行，而油浸式变压器的过载能力比较好。对同容量变压器来说，干式变压器的采购价格比油浸式变压器要高许多。

2 干变的发展

常规硅钢片铁心干式变压器经SCB7 等系列发展到SCB10 系列后，降低空载损耗的技术难度已经越来越高。 如最新的SCB12 系列干式变压器，空载损耗较SCB10 系列变压器降低约20%，但是由于生产工艺难度和对材料的要求提高了很多，使得其价格也高于SCB10 变压器大约20%。要在目前的技术水平上大幅降低常规硅钢片变压器的空载损耗难度很大，且制造成本高、不经济。 非晶合金变压器的出现为配电变压器节能降耗水平的提高开辟了一条崭新的路径。 非晶合金干式变压器与SC10 系列变压器相比，损耗降低了70%，而价格仅为后者的1.3～1.5 倍。

变压器的空载损耗主要是由铁心的涡流损耗与磁滞损耗组成，涡流损耗与铁心材料的厚度成正比、与电阻率成反比，磁滞损耗与磁滞回线所包络的面积成正比。 非晶合金带材的厚度仅为0.025 mm，约为普通冷轧硅钢片的1/11，电阻率是冷轧硅钢片的3～5 倍，因此由非晶合金带材制成的铁心，它的涡流损耗比冷轧硅钢片制成的铁心要小很多。 另外，非晶合金的矫顽力小于4 A/m，约为冷轧硅钢片的1/7，非晶合金的磁滞回线所包络的面积远远小于冷轧硅钢片，因此非晶合金的磁滞损耗比冷轧硅钢片也小很多。

非晶合金材料工作磁通密度通常选择在1.3 T左右，低于冷轧硅钢片的1.6～1.7 T，所以非晶合金铁心用料较多，同时因非晶合金带材的填充系数低，使得铁心截面增大，再加上非晶合金材料磁致伸缩大，更使得变压器噪声增大。 对磁通密度、带材用量及噪声三者关系的合理把握是非晶合金铁心及变压器设计制造的难点和关键技术之一。

非晶合金干式变压器是用新型导磁材料(非晶合金)制作铁心的新型节能变压器，它的空载损耗比用硅钢片作为铁心的变压器下降70%以上，空载电流下降80%左右，是目前节能效果较理想的配电变压器。

3 运行成本分析

3.1 常规S11 油变与SBH15 非晶变的基本性能参数（国家标准）

以1 600 容量为例，S11 油变参数:空载损耗Po=2.4 kW，负载损耗Pk=14.5 kW，空载电流Io=0.8%，短路阻抗Uk=4.5%；SBH15 非晶变参数: 空载损耗Po=0.63 kW，负载损耗Pk=14.5 kW，空载电流Io=0.2%，短路阻抗Uk=4.5%。

注:以上数据引用自GB/T 6451—2008《油浸式电力变压器技术参数和要求》、GB/T 25446—2010《油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》。

3.2 变压器运行成本分析

变压器运行一年的电费:

Cy={8 600×[Po+（0.05×Io×Sn）÷100]+2 200×[Pk+（0.05×Uk×Sn）÷100]}×1

上式中，Cy 为变压器运行一年耗电费用（元）；Po 为空载损耗（kW）；Pk 为负载损耗（kW）；Sn 为额定容量（kVA）；Uk 为短路阻抗百分数（%）；Io 为空载电流百分数（%）；8 600、2 200 分别为变压器全年空载、等效满载（负载系数相当于0.5）小时数；1 为工业用电电价（元/kW·h）。

3.3 实例计算

以1 600 容量为例，S11 型油变与SBH15 型非晶变的年运行成本如下:

S11-1600/10 油变的年运行费用:

Cy1={8 600×[2.4+（0.05×0.8×1 600）÷100]+2 200×[14.5+（0.05×4.5×1 600）÷100]}×1=65 964 元。

SBH15-1600/10 非晶变的年运行费用：

Cy2={8 600×[0.63+（0.05×0.2×1 600）÷100]+2 200×[14.5+（0.05×4.5×1 600）÷100]}×1=46 614 元。

SBH15-1600 非晶变比S11-1600 油变年运行费用节省:65 964-46 614=19 350 元。

SBH15-1600 非晶变比S11-1600 油变年运行费用节省比例（%）:19 350/65 964=29.3%。

表1

从上表可以看出，SH15 型非晶合金变压器与S11 变压器相比:年运行成本平均降低约30%，而设备成本约高出20%，平均2 年左右就可收回溢价。变压器的使用寿命为30 年，2 年之后的28 年中，用户均可受益于极低的运行费用。

4 结语

非晶合金变压器的负载损耗和空载损耗都非常低，可过载50%，与现在国内普遍运行的s13 型变压器相比，其经济性和耐用性都要好很多。 虽然非晶合金变压器的成本较高，但是节能环保，以后可以节省一笔可观的低压设施费用；而国家也倡导使用节能型变压器，对采购运行非晶合金变压器也有相应的补助。 因此，非晶合金变压器在配电市场有着广阔的应用前景。