非晶合金干式變壓器是用新型導磁材料(非晶合金)制作鐵心的新型節能變壓器。它比用硅鋼片作為鐵心的變壓器空載損耗下降70%以上，空載電流下降80%左右，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農村電網和發展中地區等負載率較低的地方。

非晶合金材料及其干式變壓器特點

非晶合金環氧澆注干式變壓器的繞組及夾緊裝置所用材料與普通環氧澆注干式變壓器基本相同，但是選用的鐵心材料有著很大的差別，選用的是一種被稱為非晶合金的新型高技術產品。非晶合金是一種厚度為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術(冷卻速度107℃/s)，經過冷卻浮筒，鑄成的帶狀薄片。與冷軋硅鋼片相比較，非晶合金材料具有五個方面的優點，但是也有五個方面缺點。這些缺點給變壓器的設計與制造帶來了很多困難。

五個方面的優點體現在：

(1)各向同性的軟磁材料;

(2)損耗很低，約為硅鋼片的30%;

(3)電阻率高，約為硅鋼片的3倍;

(4)后繼工藝處理方便(后繼處理能得到所需要的磁性);

(5)制造工藝環保性好。

五個方面缺點是：

(1)厚度很薄，材料表面的平整不理想，鐵心填充系數約為0.86;

(2)硬度遠大于硅鋼片，給切割和加工帶來不便;

(3)必須進行退火處理;

(4)退火后材料易碎;

(5)機械應力對其性能的影響非常大。

由于非晶合金帶材成型的緣故，鐵心的截面一般做成矩形，繞組也做成矩形。在一個軛位有斷口，打開斷口套裝繞組，然后閉合斷口。鐵心采用外購的三相三柱新結構。由于難燃阻燃，可靠性高，免維護等優點，非晶合金干式變壓器在配電市場有著廣闊的發展前景。

非晶合金干式變壓器設計和工藝要點

鐵心形狀和磁密選取

三柱非晶合金鐵心形狀見圖1。鐵心的有效截面等于鐵心橫截面乘以系數，即S1=k·S，S1為有效截面，S為橫截面，k為疊片系數。不同的非晶合金鐵心供應商提供的產品，其k值略有差別，由于非晶合金鐵心的填充系數較低，k值一般取0.86左右。鐵心截面選取時要考慮到磁通密度在1.3T左右，與硅鋼片的鐵心相比較低，這是因為非晶合金的飽和磁密在25℃只有1.55T，而硅鋼片則有2.03T，且非晶合金飽和后損耗和發熱十分嚴重，有被單方向磁化的可能。鐵心重量GF等于內二個框和外一個框重量。公司開發的SCBH15-2000/10產品，取磁密B=1.153T，單位損耗0.19W/kg。

三柱非晶合金鐵心與五柱非晶合金鐵心的比較：

三柱鐵心較五柱鐵心在重量上要輕3~5%，在整體制造所耗工時上要少，在空載損耗上略底。三柱非晶合金變壓器屬于新型式設計，而五柱非晶合金變壓器屬于傳統型式設計。

圖1 三柱非晶合金鐵心

工藝系數和空載損耗

在變壓器制造過程中鐵心框與繞組裝配時，需要打開接縫、套裝繞組和再連接接縫等。這些使鐵心受力的操作會導致裝配后損耗和噪音比裸鐵心有所增加。設計時要考慮這個增加值，即工藝系數。空載損耗計算公式如下。

P0=1.2*1.05*1*0.19*GF

1.2—工藝系數，1.05—重量系數，1—材料系數，GF—鐵心重量。

企業的裝配工裝先進，裝配水平高，工藝系數就低，空載損耗就低。

矩形繞組

根據非晶合金變壓器的特殊要求，必須采用矩形繞組。矩形繞組與常規圓形繞組從設計、工藝上都有較大區別。設計上應當選取合適的繞制裕度，工藝上采取夾具整型，矩形繞組的徑向尺寸得到很好的控制。低壓線圈為箔式樹脂澆注矩形線圈，增加了抗短路能力，出線由銅排完成。

圖2 高壓線圈(矩形)

聯結組別的選擇

在設計四框五柱變壓器時選用Dyn11聯結較為合適，以避免諧波引起相電壓不平衡現象。在設計三相三柱變壓器時可以選用Dyn11聯結，或Yyn0聯結。

機械強度及抗短路能力

非晶合金干式變壓器結構上與傳統的干式變壓器差異較大，由于非晶合金材料的特殊性，受外加應力后損耗會增加60%左右，噪音也隨之增大，嚴重影響性能。因此必須保證非晶合金鐵心不受外加應力。選擇合適的夾緊和裝配結構。受力從兩方面考慮：靜態力和動態力。靜態力考慮鐵心自重和裝配時的受力。動態力指受突發短路的沖擊力。由于繞組采用的是相當成熟的普通環氧澆注干式變壓器所用的環氧澆注及箔繞繞組，完全能承受突發短路的沖擊力。主要考慮采取措施使低壓繞組能自保持，盡量少地把力傳遞給鐵心。

阻抗電壓計算

矩形繞組非晶合金變壓器阻抗電壓直接計算方法。

Ux=Kx·3.95×10-5·N1I1·(a2L2+a12L12+a1L1)/(EtHx) ,%

Ua=Pk/(10×SN),%

Uk= 等效為圓形的阻抗電壓計算方法，有3種方法。

性能數據，價格成本和經濟效益

SCBH15-2000/10 kVA非晶合金環氧澆注干式變壓器的實測值如表2所示，其與相同容量的10型普通環氧澆注干式變壓器的性能數據的比較如表3所示。繞組材料相同，鐵心非晶合金用2605TCA，硅鋼片用30Z130。

表2 SCBH15-2000/10變壓器性能實測值

表3性能參數比較

由表3可看出，負載損耗差別不大，非晶合金環氧澆注干式變壓器的空載損耗有著較大幅度的下降。非晶合金環氧澆注干式變壓器的鐵心質量下降，繞組質量增加。2000kVA單臺市場價，普通環氧澆注干式變壓器約為24萬元人民幣(2010年)，非晶合金環氧澆注干式變壓器約為31萬元人民幣。一次購買價增加7萬元人民幣，增加30%左右。

先估算了一下，8年后用戶就可以享受到低損耗所帶來的經濟效益。

下面來計算一下8年的總使用成本TOC。

電費市場價按0.6元/kW·h，

運行8年電費價值 k=0.6×8×365×24/1000=42.048 元/W

普通環氧澆注干式變壓器：

TOC=240000+42.048×(3060+14450)=976260元

非晶合金環氧澆注干式變壓器：

TOC=310000+42.048×(810+14910)=970994元

通過以上對總使用成本的比較，可以認為8年后用戶就可以享受到低損耗所帶來的經濟利益，而變壓器的運行壽命一般為30年。

再來比較一下節能及環保情況。

運行一年可節約電費：

運行1年電費價值 k=0.6×1×365×24/1000=5.256 元/W 年節約電費=[(3060+14450)-(810+14910)]×5.256=9408元

相當于節約電量計15680 kW·h節約煤計7841 kg

結束語

本文所述的非晶合金環氧澆注干式變壓器數據是與國內配電市場上相對節能的10型環氧澆注干式變壓器作的比較。如果與目前在用的大量配電油浸式變壓器等作比較，其節能和環保效益會更加顯著。各項跟蹤檢測數據證明了非晶合金變壓器有著穩定的空載特性。在當前硅鋼片價格上漲的情況下，環氧澆注干式變壓器選用非晶合金鐵心對于廣大用戶和生產廠家來說都是一個好的選擇。隨著國家能源政策的實施，運行可靠節能降耗的非晶合金變壓器將會越來越受到重視和推廣。