非晶合金变压器：节能降耗的电力设备新选择
非晶合金变压器：节能降耗的电力设备新选择
非晶合金变压器是一种采用非晶合金材料作为铁芯的新型电力变压器，相比传统硅钢片铁芯变压器，其空载损耗可降低70%-80%，空载电流减少约85%，是目前节能效果最理想的配电变压器之一。本文将详细介绍非晶合金变压器的结构、工作原理及其显著优势。
什么是非晶合金变压器？
非晶合金变压器于上个世纪70年代发展起来，是一种采用非品合金代替硅钢片作为铁芯材料的新型电力变压器。它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗下降70%-80%左右，空载电流下降约85%，是目前节能效果较理想的配电变压器，适用于配电利用率较低以及易燃、易爆和防火要求高的场所，如农村电网、高层建筑、商业中心、地铁、机场、车站、工矿企业和发电厂。
非晶合金材料是一种高效节能新材料，主要由铁、镍、钴、铬、锰等金属元素为基础，并加入少量的硼、碳、硅、磷等元素制成。它在快速冷却过程中形成无定形结构，具有独特的物理和化学特性。由于其出色的铁磁性，非晶合金材料在减少磁滞损耗和涡流损耗方面表现优异，显著提高了能源利用效率。
非晶合金变压器的结构
1.铁芯结构
非晶合金带材加工工艺
非晶合金铁芯采用的非晶合金带材加工工艺复杂。非晶合金材料具有优良的铁磁性，然而其材质硬而脆，剪切和变形加工困难。目前带材规格仅有142mm、170mm、213mm三种宽度，非晶合金铁芯只能根据变压器容量需要，采用相应宽度的带材制成长矩形截面。铁芯形状及结构设计
非晶合金变压器铁芯通常设计为卷绕式结构。非晶合金带材被连续卷绕成环形或椭圆形铁芯，以减少磁路长度，降低铁芯的磁滞损耗和涡流损耗。为了便于组合成单相或三相变压器铁芯，一般将下铁轭部分设计成有交错搭接布置接缝的开口单卷卷铁芯结构。三相非晶合金铁芯结构
三相五柱结构：这种结构较为普遍，尤其在10KV级、容量500KVA以下的小型配变中，采用4个卷铁芯的四框五柱结构。对于容量较大的变压器，一般采用8个卷铁芯分前后两排叠放在一起，形成较大截面积的铁芯结构。
三相平面式卷铁芯结构：这种新型结构相比传统的三相五柱结构，具有更好的磁性能和较低的空载损耗。
- 铁芯组装及固定
非晶合金带材组装过程中通常使用专用的夹具和压紧装置，以确保铁芯的稳定性和紧密性。为了保持铁芯的稳定性，通常采用树脂浸渍或夹紧结构来固定铁芯。树脂浸渍可以增强铁芯的机械强度，同时起到绝缘作用。夹紧结构则通过机械方式固定铁芯，保证其在运行中的稳定性。
2.线圈结构
形状与材料选择
长方形线圈：高低压线圈采用长方形设计，合理选择矩形线圈的长宽比，以使导线平均匝长与非晶合金铁芯重量达到最优化。导线材料：发达地区通常选用漆包扁铜线或铜箔来加工线圈，确保良好的导电性能和机械强度。绕组结构形式
高压绕组：采用多层圆筒式结构，能够有效分布电场，降低局部放电。低压绕组：采用双层、四层圆筒式或箔式线圈结构，具备良好的机械稳定性和散热性能。联结组别
在国内，非晶合金铁芯变压器绕组常采用DYN11联结组别，即高压绕组为D联结，低压绕组为YN联结。这样设计有助于改善高低压线圈电压波形，降低电力网中的高次谐波干扰。
3.绝缘结构
层间绝缘
在线圈加工完成后的加热整形过程中，使用点胶纸可以有效保证线圈整形尺寸不发生回弹。非晶合金铁芯变压器线圈层间绝缘通常采用0.08mm双面点胶纸，这种材料在保证绝缘性能的同时，还能增强线圈的机械强度。主空油道及层间油道
一、二次线圈之间的主空油道采用绝缘纸板条（或木条）粘在点胶纸上的形式。按设计要求确定纸板条的大小尺寸，以保证适当的机械强度和良好的散热效果。
高压层间油道及低压层间油道，同样采用绝缘纸板条（或木条）粘在点胶纸上的形式，这种设计既提高了线圈的机械强度，又增加了线圈的散热面积。端部绝缘
线圈端部绝缘通常采用0.5mm或1.0mm厚的纸板条制成。在线圈绕制过程中，用胶带将纸板条粘在线圈导线上，以降低线圈的幅向裕度，确保线圈在运行过程中保持稳定。
非晶合金变压器的特点及优势
损耗低
非晶合金变压器的空载损耗比传统硅钢片铁芯变压器降低约80%，空载电流减少约85%。总的评估节能效果达到89%，是目前节能效果较为理想的配电变压器，特别适用于负载率较低的农村电网和发展中地区。由于非晶合金材料具有突出的导磁性能，用其制造的变压器铁芯能获得极低的损耗值。寿命长
非晶合金变压器采用全密封式结构，可以延缓变压器油和绝缘纸的老化，不仅结构紧凑，而且具有高运行效率和免维护的优点。由于非晶合金变压器损耗低、发热少、温升低，其运行性能非常稳定。此外，低压绕组采用箔绕式设计，损耗低、抗短路能力强、结构先进。抗电源波形畸变能力强
非晶合金材料比硅钢具有更强的抗电源波形畸变能力。在电源波形畸变为5%时，铁基非晶合金的损耗增加到106%，而硅钢的损耗增加到123%。在高次谐波大、畸变为75%的条件下（如工频整流变压器），非晶合金的损耗增加到160%，而硅钢的损耗则超过300%。这表明铁基非晶合金在实际应用中表现出更优异的抗波形畸变能力。投资回收效益快
- 空载损耗低：空载损耗比传统硅钢变压器降低约80%，这意味着在非负载或低负载条件下，能耗显著减少。负载损耗低：在实际运行中，负载损耗也明显低于传统变压器，进一步降低了电能消耗。
- 快速回收成本：节能效益和低维护成本使得投资回收速度快，通常在数年内即可回收初始投资。长期经济效益：在变压器的整个生命周期内，持续的节能和低维护需求带来的经济效益远远超过初始投资。
- 节能和环保
- 环保：非晶合金铁芯可有效减少CO、SO、NO等有害气体的排放，降低大气污染程度，堪称21世纪电力产品中的“绿色产品”。
- 节能：非晶合金变压器的空载损耗远低于传统变压器，显著节能。由于非晶合金材料具有优越的导磁性，磁化或消磁能耗极低。因此，在电力负荷波动较大的领域（如公路、城市基础设施及住宅小区），非晶合金变压器的节能效益尤为明显。
- 降低发电成本：通过显著的节能效果，非晶合金变压器可节省大量电厂投资，减少发电燃料的消耗，从而减少对大气环境的污染。
非晶合金具有诸多优点，作为一种新型磁导材料，展示了传统硅钢材料无法比拟的优势。其低损耗、低维护、长寿命以及显著的节能效果，使得非晶合金变压器在节能环保方面表现出色。在当前环保与节能的强烈需求下，非晶合金变压器必将成为新型变压器的主流，拥有广阔的市场前景。