非晶合金变压器可行性报告

非晶合金变压器可行性报告山西省电力公司电力开关厂二00八年四月五日非晶合金变压器可行性报告11、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（amorphouscoretransformer，AMT），到1985年底已有1000台15kVA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2．5MVA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2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160kVA、200kVA、315kVA、500kVA4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。32、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0．027mm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。非晶合金与硅钢的主要物理性能比较如下(表一)非晶合金冷轧硅钢饱和磁感应强度T1.542.03矫顽力A/m＜4＞30单位铁损W/kg0.181.2电阻率μΩ.cm14050密度g/cm37.187.654硬度hg/cm2860---饱和磁致伸缩系数×10-63010最大导磁率＞200，000＞10，000厚度mm0.0270.3注：铁损测量是在50Hz的工作磁密情况下测试。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；综上所述，非晶合金带材是一种具有优异软磁性能的材料，非晶合金变压器的空载损耗非常低，仅为S9型硅钢变压器的20%。所以，非晶合金变压器是非常优异的低损耗节能变压器。非晶合金变压器由于损耗低，发热少，温升低，故运行5性能非常稳定，SBH15系列非晶配变与我国现在推行使用的S9系列配电变压器的损耗比较见表2，表3是美国杜克电力公司对1台25kVA、单相柱上式非晶合金变压器的测量记录。表2：SBH15系列非晶配变与我国S9系列配电变压器损耗比较SBH15系列非晶配变S9系列额定容量/kVA空载损耗/W负载损耗/W额定容量/kVA空载损耗/W负载损耗/W805192580250125016082143616040022003151702650315670365050024051505009605100800310446880014007500100042010001700103006表3：美国杜克电力公司25kVA非晶合金变压器测量数据测量日期铁心损耗/W励磁电流/A1982-0334.90.81982-0634.90.841983-0434.80.731983-0934.80.791984-0435.20.731984-0834.10.791985-0435.40.751986-0535.10.81988-0634.70.811988-0935.00.771990-0434.80.79据有关资料介绍，在美国，1985年以前挂网试运行的1000台非晶合金变压器中，至今仅有7台返厂维修，且没有1台是由于铁心问题而返修的。返修的7台非晶合金变压器中，3台是由于雷电引起高压套管闪络损坏，1台是低压套管漏油，1台是由于过负荷（250％）使线圈损坏，另2台的油箱因受外力作用及箱盖锈蚀而损坏。1985年以后投运的770000台非晶合金变压器中，也没有发现1台铁心出现问题。3、非晶合金变压器的技术经济分析当变压器运行时，由于空载损耗和负载损耗等性能参数的不同，所以年运行能耗也不同，下面以200kVA和500kVA两个容量规格来列表比较SBH16型非晶合金变压器与S9硅钢变压器的性能参数和年运行能耗（比较值见表4）。表4：非晶合金变压器节能效果比较表容量kVA产品系列空载损耗W负载损耗W年运行能耗kwh每年节约能耗kwh200SBH1690260053134818S9480260010131-----500SBH161905150110899373S9960515020462-----注：a.假设无功当量系数取0.1kw/kVar;b.年平均负载系数取0.35；c.年运行时间按8760小时计算；从表2中可以看出，一台500kVA的SBH16型非晶合金变压器运行一年后比S9硅钢变压器节约能耗约9.4千度电。81.性价比国家发改委为推动节能产品的应用特制定了“配电变压器能效技术经济评价导则”（DL/T985-2005标准）俗称为TOC总拥有费用评估法则。经该法则评估计算，非晶合金配电变压器是性价比最好的配电变压器类产品。总拥有费用法（简称TOC）是一种评价变压器能源效率比较全面的方法，它是根据综合比较变压器价格和能耗水平的原则，按照总拥有费用最低来选择变压器，具体计算公式为：TOC=Ct+A×Po+B×Pk……………………………………（1）Ct——变压器价格，元；Po——空载损耗，W;Pk——负载损耗，W;A——空载损耗等效初始费用，48.7元/W;B——负载损耗等效初始费用，20.5元/W;按公式（1）计算200kVA和500kVA的TOC,并列于表59表5：油浸配变TOC费用对比表容量kVA500200系列SBH16S9SBH16S9空载损耗W19076090380负载损耗W5150515026002600投资费用元75500613254130032765NLL费用元925346752438323376LL费用元1055751055755330053300TOC费用元19032820391298983104571投资费用比较（基于S11）123%100%126%100%TOC费用比较（基于S11）93.34%100%94.66%100%结论：根据TOC计算方法可以看出：非晶合金变压器比S9硅钢片变压器总费用低。非晶合金变压器与硅钢变压器的市场价格在1.2～1.3倍之间，虽然一次性投入较硅钢的多，但其运行3～4年即可收回投资，并在以后的运行中产生效益，市场推广空间巨大。同时为了使电力用户更好的鼓励和选用非晶合金变压10器，充分体现节能产品的价值与价格的统一性，借鉴国外先进的做法，国家电网公司如江苏电力、上海电力等已按“配电变压器效能及技术经济评价导则”（DL/T985-2005），来评估选用配电变压器，事实证明非晶合金配电变压器是性价比最好的配电变压器产品。3．2节能方面损耗很低的非晶合金变压器应用在电网中的配变部分，可以降低电网线损中变压器造成的损耗。配电变压器的负载季节性变化大，日夜负载变化较大，初装时负载更小，所以在实际运行中，空载损耗往往占总损耗的65％以上，到了负荷率较低时，变压器的空载损耗尤为突出，采用非晶合金变压器将可以较好地解决这一问题，是很好的节能产品。我国非晶合金变压器使用十年来，至今已用非晶合金带材28000吨以上，折合315kVA配电变压器约60000台，全年可节电2.36亿KWH，相当省煤13.5万吨。4、非晶合金变压器的开发条件目前，我国开发生产非晶变压器都采用进口非晶合金，能生产非晶合金变压器铁心的厂家基本上只有两个：上海置信电气股份有限公司和北京中机联供非晶科技发展有限公司。111998年，上海置信电气股份有限公司率先从美国通用电器公司引进了非晶合金变压器生产技术，在此基础上二次创新，逐步形成了超越“老师”的自有技术。截止2007年置信总共售往全国4.5万台非晶合金变压器，占据全国90%的非晶合金变压器市场份额；近年来上海置信已与多个厂家联合，生产制造非晶合金变压器。其中有：江苏帕威尔（江苏电力）、福建和盛集团（福建电力）、山东爱普制造（山东电力）等；北京中机联供非晶科技发展有限公司只提供变压器铁心，不制造非晶合金变压器。据了解，目前生产非晶合金变压器，制造技术上有几个关键点：首先是矩形线圈。按照非晶合金变压器的技术要求，低压采用矩形铜箔式线圈，高压用纸包线来绕制线圈。其次，非晶合金变压器的器身结构有别于常规的变压器，是由非晶合金铁心带材绕制而成的方形截面铁心，在一个轭位有断口，通过打开断口套装线圈，然后闭合断口。另外，套装线圈时，铁心开口向上，但变压器工作时，要求铁心开口向下，这样才能使铁心能稳固倒挂在线圈上而不致断口裂开，于是需“铁心翻转”装置，这一点有别于S9变压器。125、非晶合金变压器的发展前景近年电力负荷年增长大于10％以上，每年新增发电容量达到5000万kW以上，电网公司管辖的10kV配电变压器增长将达到5000万*1.5=7500万kVA，相当于37万台200kVA的配电变压器；如果以非晶合金配电变压器替代当前常用的S9型配电变压器；空载损耗可降低80％，一年可节约电能12.6亿kWh；省煤57万吨。相当于可少建一个25万kW的发电厂；据了解，现时我国试制非晶合金变压器的厂家中，上海置信电气股份有限公司已成为该产业的龙头企业，江苏省与上海置信合作，2