路文娟 王 贇

（武漢鐵路職業(yè)技術學院，430205，武漢∥第一作者，講師）

非晶合金材料是20世紀70年代問世的一種新型合金材料，具有許多獨特的性能特點，如優(yōu)異的導磁性、耐蝕性、耐磨性，以及高硬度、高強度、高電阻率等。采用非晶合金制成變壓器鐵心，并組裝成的變壓器，稱為非晶合金變壓器。非晶合金變壓器具有低噪聲、低能耗、絕緣等級高等特點。

1978年，美國首先研制出10 kVA非晶合金鐵心變壓器。1982年，第一臺非晶合金配電變壓器在美國掛網(wǎng)運行。據(jù)統(tǒng)計，目前全球掛網(wǎng)運行的非晶合金配電變壓器約有200多萬臺。

我國非晶合金配電變壓器的研制工作始于國家“七五”期間。1986年，我國試制出第一臺單相3 kVA非晶合金配電變壓器。目前，變壓器廠家對非晶合金變壓器的熱情很高，非晶合金變壓器的制造商已由過去的幾家增至上百家，非金合金變壓器的產(chǎn)量也在逐年增加，但非晶合金產(chǎn)品還沒有得到大范圍的使用。究其原因，主要是業(yè)主對采購成本的增加比較關心，而對后期的運行成本關心很少。隨著對節(jié)能減排的重視，非晶合金變壓器的市場會進一步升溫。非晶合金干式變壓器如圖1所示。

圖1 非晶合金干式變壓器

1 非晶合金的特點

非晶合金材料具有以下特點：

（1）非晶合金的單位鐵損值低，與相同電壓等級和同容量硅鋼片變壓器相比，其空載電流降低了40%，空載損耗降低了70%～80%；

（2）非晶合金片厚度極薄，僅為0.03mm，填充系數(shù)較低；

（3）電阻率高，可減小渦流損耗；

（4）硬度大，切割要求高；

（5）對機械應力非常敏感，易碎，影響磁性能；

（6）伸縮性能敏感。

2 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器的對比

2.1 結構形式對比

非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器的結構形式對比見表1。由表1可以看到，兩者只是在形式、鐵心截面和線圈形狀上存在差異。

2.2 性能參數(shù)對比

非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器主要性能參數(shù)對比見表2。由表2可以看到，非晶合金干式變壓器較硅鋼片干式變壓器空載電流降低了40%，空載損耗降低約70%，噪聲增大約13dB。

表1 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器結構形式對比

表2 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器主要性能參數(shù)對比

3 非晶合金干式變壓器的關鍵技術

（1）尺寸和質(zhì)量。非晶合金干式變壓器由于鐵心采用五柱式結構，導致變壓器的整體尺寸和質(zhì)量較傳統(tǒng)干式變壓器分別增加約20%和40%，給安裝帶來一定影響。隨著技術的進步，已經(jīng)開發(fā)出三柱結構非晶合金干式變壓器，尺寸與傳統(tǒng)干式變壓器相差無幾，質(zhì)量也大幅減輕。所以，非晶合金干式變壓器的尺寸和質(zhì)量不影響其在城市軌道交通中的安裝使用。三柱式鐵心與五柱式鐵心的對比見表3。

（2）噪聲。由于非晶合金帶材的固有特性，改進前的非晶合金干式變壓器的噪聲較一般硅鋼片變壓器大。國內(nèi)廠家通過結構改良和減振措施，使產(chǎn)品的噪聲有了大幅下降，其噪聲已接近普通硅鋼片變壓器，遠低于標準規(guī)定的噪聲水平，符合城市軌道交通的使用要求。

（3）抗短路能力。非晶合金干式變壓器繞組是矩形結構，受力不及圓形繞組均勻，承受短路電動力時容易變形。此外，非晶合金干式變壓器通常采用繞組軸向承重結構，這使得矩形繞組的軸向受力和徑向所承受短路電動力的考驗要比圓形繞組嚴酷。通過改進線圈的設計工藝，國內(nèi)許多廠家的產(chǎn)品的抗突發(fā)短路能力得到極大提高，通過了國家標準下的短路試驗，其性能也得到了實際工況的檢驗。

（4）容量。長期以來，由于非晶合金帶材的限制，國內(nèi)廠家普遍能生產(chǎn)的非晶合金干式配電變壓器的最大容量為1600kVA。近年來，國內(nèi)非晶合金變壓器容量不斷突破，電壓等級已達到35kV，容量已達到2500kVA，能滿足城市軌道交通配電的需要。

表3 三柱式鐵心與五柱式鐵心的對比

4 非晶合金干式變壓器的經(jīng)濟效益

以城市軌道交通中常用的容量為1250kVA的傳統(tǒng)變壓器為例，與非晶合金變壓器進行經(jīng)濟效益分析。

兩種變壓器的負載損耗基本一致，非晶合金變壓器的空載損耗較傳統(tǒng)變壓器的空載損耗有較大幅度下降。按目前的價格水平，傳統(tǒng)變壓器每臺約25萬元，非晶合金變壓器每臺約35萬元，1臺非晶合金變壓器的一次性投資較傳統(tǒng)變壓器增加約10萬元。經(jīng)計算，1臺非晶合金變壓器每年節(jié)省電量約16500kWh，按0.8元／kWh計算，每年節(jié)省約13200元，大約8年節(jié)省的電費可以將增加的一次性投資收回。即8年后可以享受到非晶合金變壓器低損耗所帶來的經(jīng)濟效益。變壓器的設計壽命一般為30年，一條城市軌道交通線路的變壓器數(shù)量一般有幾十臺，因此，采用非晶合金變壓器將有很可觀的經(jīng)濟效益。

5 非晶合金干式變壓器在城市軌道交通中應用的現(xiàn)狀

自1986年我國第一臺非晶合金變壓器研制成功以來，經(jīng)過20多年新技術的引進消化和技術發(fā)展，各項跟蹤檢測數(shù)據(jù)證明了非晶合金變壓器有著比較穩(wěn)定的空載特性。目前，國內(nèi)已有一批知名企業(yè)掌握了非晶合金變壓器的生產(chǎn)技術，且具備生產(chǎn)各個系列非晶合金變壓器的能力，其生產(chǎn)的各類非晶合金變壓器均通過了國家級各項試驗，在產(chǎn)品選用方面完全可以實現(xiàn)國產(chǎn)化。

然而，由于非晶合金鐵心材料的核心技術掌握在國外公司的手里，且非晶合金干式變壓器存在體積較大、初始購置成本較高等問題，而國家也尚未發(fā)布關于35kV非晶合金干式配電變壓器相關技術標準，因此，國內(nèi)城市軌道交通目前僅有10kV非晶合金干式配電變壓器的運用，尚沒有35kV非晶合金干式配電變壓器的運用案例。

但是，非晶合金干式變壓器具有優(yōu)異的低空載損耗特性，在節(jié)能減排日益受到重視的今天，城市軌道交通領域更適宜采用非晶合金變壓器，以減少能源消耗。

［1］GB 20052—2006三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值［S］.

［2］DL／T 985—2012配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則［S］.

［3］鄧云川，高宏.非晶合金鐵心變壓器及其在電氣化鐵路中的應用［J］.高速鐵路技術，2013（4）：32.

［4］順特電氣有限公司.地鐵非晶合金配電變壓器相關技術資料［G］.佛山，2013.