铜和硅钢片价格的变化对变压器成本及设计方案的影响

杨颖，王晓帆

（特变电工沈阳变压器集团有限公司，辽宁 沈阳 110144）

0 引言

铜和硅钢片作为电力变压器最主要的原材料，近年来价格波动频繁，2016年铜的价格约38000元/吨，2018年价格飙升至约50000元/吨，2020年价格降至约47000元/吨，2018年硅钢片的价格由2016年的18000元/吨一路降低至13000/吨，在2020年又升至15000元/吨。其剧烈的价格波动对变压器总成本造成极大的影响。对于变压器生产厂家来说，面对原材料价格的巨大波动如果不及时做出反应，可能给产品成本带来损失。所以定性和定量分析总结其价格波动对变压器成本和设计方案的影响就显得尤为重要。我们通过对几个不同型号不同容量的产品的定量计算，找到了铜和硅钢片价格变化与铜、硅钢片重量比之间的关系，以及对产品铁心直径和电抗高度影响的变化规律。提供给设计人员用于产品设计方案的定性分析和定量对比[1]。

1 实例计算

下面采用电磁计算程序对SZ-50000/110、SSZ-180000/220、ODFS-334000/500和DFP-380000/500四种型号的产品进行优化计算，在相同技术参数的条件下改变铜、硅钢片的价格比例，找到产品优化设计方案的变化规律。

1.1 SZ-50000/110

先将铜价固定为46800元/吨，调整硅钢片价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算。得到铁心直径、电抗高度、铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化趋势，如图1所示。

图1 固定铜价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

表1 产品参数

将硅钢片价固定为15000元/吨，调整铜价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算，得到了铁心直径、电抗高度、铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化趋势，如图2所示。

图2 固定硅钢片价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

由图1和图2中的数据趋势可以看出：

（1）不论是固定了铜价还是硅钢片价格，得到了铁心直径、电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化趋势基本相同，即铁心直径随铜硅钢片价格比的增大而增大；电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的增大而减小。

（2）由于受到阻抗、损耗等变压器基本性能参数的限制，铜、硅钢片价格比在1.5：1到3：1之间时，产品的最优方案基本相同，当铜、硅钢片价格比变化较大时，产品的最优方案变化显著[2]。

1.2 SSZ-180000/220

先将铜价固定为46800元/吨，调整硅钢片价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算，得到了铁心直径、电抗高度、铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化趋势，如图3所示。

表2 产品参数

图3 固定铜价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

将硅钢片价固定为15000元/吨，调整铜价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算，得到了铁心直径、电抗高度、铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化趋势，如图4所示。

图4 固定硅钢片价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

由图3和4中的数据趋势可以看出：

（1）不论是固定了铜价还是硅钢片价格，得到了铁心直径、电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜硅钢片价格比的变化趋势基本相同，即铁心直径随铜、硅钢片价格比的增大而增大；电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的增大而减小。

（2）对于三圈变压器除了受空、负载损耗的制约还受三个阻抗的共同约束，因此产品的最优方案的可选范围更为有限。由于受到阻抗、损耗等变压器基本性能参数的限制，铜、硅钢片价格比在1.5：1到3：1之间时，产品的最优方案基本相同，当铜、硅钢片价格比变化较大时，产品的最优方案变化也不显著[3]。

1.3 ODFS-334000/500

表3 产品参数

先将铜价固定为46800元/吨，调整硅钢片价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算，得到了铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化，如图2.3.1所示。

将硅钢片价固定为15000元/吨，调整铜价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算得到了铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化，如图6所示。

图6 固定硅钢片价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

由图5和6中的数据趋势可以看出：

图5 固定铜价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

（1）不论是固定了铜价还是硅钢片价格，得到了铁心直径、电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜硅钢片价格比的变化趋势基本相同，即铁心直径随铜、硅钢片价格比的增大而增大；电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的增大而减小。

（2）对于大容量的自耦变压器不仅空、负载损耗的要求比较严格，还受三个阻抗的共同约束，因此产品的最优方案的可选范围更为有限。价格本身对产品的最优方案并无明显影响，但铜、硅钢片价格比对产品的最优方案还是有一定的影响。当铜、硅钢片价格比在1：1到2：1之间时，产品的最优方案基本相同，当铜、硅钢片价格比变化在2：1到4：1之间时，产品的最优方案基本相同[4]。

1.4 DFP-380000/500

表4 产品参数

单相发电机变压器存在高低结构和高低高结构两种，通常受铜、硅钢片价格波动的影响，分别计算两种结构在不同材料价格时的变化情况。

先将铜价固定为46800元/吨，调整硅钢片价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算，得到了铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化，如图7所示。

图7 固定铜价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

将硅钢片价固定为15000元/吨，调整铜价格，分别对不同价格下的产品进行成本优化计算得到了铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的变化，如图8所示。

图8 固定硅钢片价产品设计方案随铜、硅钢片价格比的变化趋势

由图7、8中的数据趋势可以看出：

（1）对于大容量的发电机变压器，效率（即损耗）成为约束产品设计方案的主要性能指标，因此发电机变压器的优化设计方案铜、硅钢片价格比的变化非常小。

（2）对于高低和高低高两种发电机变压器结构比较，高低结构：铁心直径大、电抗高度高、空载损耗大、负载损耗小；而高低高结构：铁心直径小、电抗高度低、空载损耗小、负载损耗大。

（3）由于受到绝缘要求的影响，高低高结构的电抗高度不能过小，因此在硅钢片价格不是特别高（4万/吨）的时候，高低结构的成本优势还是比较明显的。

2 计算方案分析

不论是固定了铜价还是硅钢片价格，得到了铁心直径、电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜硅钢片价格比的变化趋势基本相同，即铁心直径随铜、硅钢片价格比的增大而增大；电抗高度和铜、硅钢片重量比随铜、硅钢片价格比的增大而减小。

由于受到阻抗、损耗等变压器基本性能参数的限制，对于小容量的产品铜、硅钢片价格比在1.5：1到3：1之间时，产品的最优方案基本相同；对于单相大容量的产品，当铜、硅钢片价格比在1：1到2：1之间时，产品的最优方案基本相同，当铜、硅钢片价格比变化在2：1到4：1之间时，产品的最优方案基本相同。当受到性能参数的限制约严格，产品的最优方案变化越小[5]。

对于大容量的发电机变压器，选择高低结构还是高低高结构首先要看产品性能参数的要求，其次再看铜、硅钢片价格比。当硅钢片价格不是特别高（4万/吨以上）的时候，高低结构的成本优势还是比较明显的。

3 结语

铜、硅钢片重量比与价格比之间存在着一定的联系，此次分析可以用来对产品投标的管控。在成本优化计算方面除了考虑了铜、硅钢片价格对变压器的影响，也考虑了其他关键材料价格在成本方面对变压器的影响，如钢板、变压器油、绝缘件、磁屏蔽等。因此，采用此分析设计变压器产品方案和用户要求在成本优化方面计算的准确率更高，降低产品成本。