设计
非晶合金铁芯配电变压器的优点是,空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值,是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时,除要考虑非晶合金铁芯本身不受外力的作用外,同时在计算时还须合理选取非晶合金的特性参数。除此设计思路外,还须遵循以下三点要求:
(1)由于非晶合金材料的饱和磁密较低,在产品设计时,额定磁通密度不宜选得太高,通常选取1.3~1.35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值。
(2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm,所以其叠片系数也只能达到82%~86%。
(3)为了使用户能获得免维护或少维护的好处,现把非晶合金配电变压器的产品,都设计成全密封式结构。
变压器非晶合金结构特点
利用导磁性能突出的非晶合金,来用作制造变压器的铁芯材料,最终能获得很低的损耗值。但它具有许多特性,在设计和制造中是必须保证和考虑的。主要体体现以下几个方面:
(1)非晶合金片材料的硬度很高,用常规工具是难以剪切的,所以设计时应考虑减少剪切量。
(2)非晶合金单片厚度极薄,材料表面也不是很平坦,则铁芯填充系数较低。
(3)非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时,必须避免采用以铁芯作为主承重结构件的传统设计方案。
(4)为了获得优良的低损耗特性,非晶合金铁芯片必须进行退火处理。
(5)从电气性能上。为了减少铁芯片的剪切量,整台产品的铁芯由四个单独的铁心框并列组成,并且每相绕组是套在磁路独立的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外,还有三次谐波磁通的存在,一个绕组中的两个卷铁芯框内,其三次谐波磁通正好在相位上相反,数值上相等,因此,每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零。如一次侧是D接法,有三次谐波电流的回路,当在感应出的二次侧电压波形上,就不会有三次谐波电压的分量。
根据上面分析,三相非晶合金配电变压器最合理的结构为:铁芯,由四个单独铁芯框在同一平面内组成三相五柱式,必须经退火处理,并带有交叉铁轭接缝,截面形状呈长方形。绕组,为长方形截面,可单独绕制成型的,双层或多层矩形层式。油箱,为全密封免维护的波纹结构。
使用效果
三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器相比,其年节约电能量是相当可观的。
以800kVA为例,△P0为1.05kW;两种型式配电变压器的负载损耗值是一样的,则△Pk=0, ,便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为:
△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW·h
通过该种规格产品的计算可知,三相非晶合金铁心配电变压器系列产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构,使变压器内的油与外界空气不接触,防止了油的氧化,延长了产品的使用寿命,为用户节约了维护费用。
非晶合金变压器发展前景
非晶合金变压器若能完全替代新S9系列配变,如10kV级配电变压器年需求量按5000万kVA计算时,那么,一年便可节电100亿kW·h以上。同时,还可带来少建电厂的良好的环保效益,少向大气排放温室气体,这样会大大地减轻对环境的直接污染,使其成为新一代名副其实的绿色环保产品。总之,国家在城乡电力网系统发展与改造中,若能大量推广采用三相非晶铁心配电变压器产品,其最终会获得节能与环保两方面的效益。
非晶合金变压器行业作为一次投入设备的一个重要分支,其技术与产品是成熟与完善的。
中低端变压器产品技术含量低决定了行业进入壁垒不高,生产能力相对饱和,产品销售处于完全竞争状态,由此导致的市场无序竞争格局严重扰乱了市场秩序,不利于整个变压器行业的健康发展。高端产品市场的集中度则相对较高,其中生产500kV及以上变压器产品的内资企业3家;生产220kV变压器的厂家目前有30家左右;生产110kV变压器的厂家目前有100家左右;生产干式变压器的厂家目前有100家左右。
我国电力需求增长迅速,电网的高速建设和投资拉动了输变电设备的市场需求。庞大的电力建设资金给变压器行业(包括变压器、互感器、电抗器、组件制造厂)带来了机遇和挑战,促使变压器行业得到了快速发展。中商情报网数据显示,2011年前三季度,我国变压器产量超过11亿千伏安,同比增长13.9%。随着电网改造工程的深入,电网升级速度的加快,我国变压器生产仍将保持较快增速,预计到2015年,我国变压器产量将超过20亿千伏安。
1.非晶合金材料及其干式变压器特点
非晶合金环氧浇注干式变压器的绕组及夹紧装置所用材料与普通环氧浇注干式变压器基本相同,但是选用的铁心材料有着很大的差别,选用的是一种被称为非晶合金的新型高技术产品。非晶合金是一种厚度为0.03mm左右很薄的磁性材料。它是一定比例的合金原料采用超急冷技术(冷却速度107℃/s),经过冷却浮筒,铸成的带状薄片。与冷轧硅钢片相比较,非晶合金材料具有五个方面的优点,但是也有五个方面缺点。这些缺点给变压器的设计与制造带来了很多困难。
五个方面的优点体现在:(1)各向同性的软磁材料;(2)损耗很低,约为硅钢片的30%;(3)电阻率高,约为硅钢片的3倍;(4)后继工艺处理方便(后继处理能得到所需要的磁性);(5)制造工艺环保性好。