1、非晶合金变压器的发展情况
在20世纪80年代,美国通用电气公司(GE)、美国电力研究所(EPRI)和帝国电力研究公司(ES-EERCO)联合研制了非晶合金变压器(amorphouscore transformer,AMT),到1985年底已有1000台15 kVA的非晶合金单相变压器在美国90个电力公司挂网运行。1986年起非晶合金变压器开始正式的商业化大量生产,现已能生产最高电压35kV、最大容量2.5 MVA的非晶合金变压器。目前,在美国已有近100万台非晶合金变压器投入运行,美国每年的新装配电变压器有10%为非晶合金变压器。
我国政府也非常重视非晶合金变压器的应用。“七五”中期我国开展了非晶合金变压器的研制工作,由于受到国内非晶合金材料的材质、带宽、价格及加工设备等因素的影响,进展比较缓慢。1994年初,国家经济贸易委员会、国家计划委员会、原国家科学技术委员会、原电力部、原机械部、原冶金部等“三委三部”成立了“非晶合金变压器统一设计中国工作小组”,该小组为了与美国AlliedSignal(联信)公司合作而进行了大量的工作。1995年初,在该工作组的领导下,我国6家工厂(北京变压器二厂、天津变压器总厂、辽阳变压器厂、保定变压器厂、上海变压器厂、佛山变压器厂)分别与联信公司进行合作,由联信公司提供铁心,这些厂家制造成变压器。1995年中,前后两批样机已挂网运行。1995年8月29日,“三委三部”在北京组织召开了非晶合金变压器样机鉴定会,对6家厂家试制的160 kVA、200 kVA、315 kVA、500 kVA 4种规格6台非晶合金变压器样机进行了鉴定。鉴定委员会认为:“开发非晶合金变压器符合国家能源政策,非晶合金变压器是配电变压器的发展方向。在中国生产使用非晶合金变压器技术上是可行的”。1996年1月1日,三委三部联合签发了机重[1995]39号《关于印发非晶合金变压器样机鉴定会鉴定意见的通知》的文件,以推广这种新产品。2006年4月,由国家发改委牵头,中国机械工业联合会与中国电器工业协会协办的“非晶合金变压器应用工作座谈会”在北京召开,非晶合金变压器再次成为关注的焦点,其显著的节能效果是使其推广的重要因素。
众所周知,变压器是输变电行业中的耗能大户。我国变压器的总损耗占系统总发电量的10%左右,如损耗每降低1%,每年可节约上百亿度电。配电变压器的损耗是线路损耗的一部分,我国的平均线损率又比一些先进工业国家高出8~9%。我国在运行的配变损耗将占发电总量的2.5%,相当于7个百万KW级发电厂发出来的电供配变的能耗。由于非晶合金变压器具有空载损耗低的特点,所以大力推广非晶合金变压器的应用对于解决我国电力供应紧张,建立节约型社会有着重要意义,是落实中央“节能减排”的有效举措。
2、非晶合金变压器的特点
2.1非晶带材制造流程简单,工艺技术含量高
用于变压器铁心材料的非晶合金,是主要以铁、镍、钴等金属为合金基,并加入少量的硼、硅等元素所制成的合金,具有良好的铁磁性。非晶态合金薄带的制造工艺与传统的硅钢片制造工艺有很大不同,硅钢片的制造过程需经过练、轧等多道工序;而非晶合金材料是以非常快的速度由液体冷却凝固成0.027 mm厚的合金薄带,此工艺比常规硅钢片成材工艺节省了6~8道工序,节省能耗80%左右。另外,晶粒取向的硅钢片成材率低,仅40%~50%左右,而非晶合金成材率可达90%。非晶合金薄带材具有优异的软磁性能、硬度高、耐蚀性能好等特点。但因受喷出冷却成型的工艺所限,带材宽度仅为213mm,所以目前还不能制造高电压、大容量变压器铁心。
2.2铁心损耗低
变压器的空载损耗主要是由涡流损耗和磁滞损耗组成,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。从上表中可以看出非晶合金带材的厚度仅为27μm,是冷轧硅钢片的1/11左右,电阻率是冷轧硅钢片的3倍左右,因此由非晶合金制成的铁心,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4A/m,是冷轧硅钢片的1/7左右,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的也小很多。