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        • 》》: 非晶合金油浸式變壓器簡介
        • 商品編號: 005
        • 上架時間: 2015-07-21
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          一、概述

          非晶合金變壓器是采用新型導磁材料——非晶合金帶材來制作鐵心的新型高效節能變壓器。非晶合金變壓器的最突出的特點就是空載損耗和空載電流非常小, SH15型非晶變比用硅鋼片作為鐵心的S9型變壓器空載損耗下降70%以上,空載電流下降約80%,是目前節能效果非常好的配電變壓器。是符合國家經委、計委頒布的《中國節能技術大綱》精神的理想電氣產品。自1982年美國通用電氣公司研制的非晶配電商業投運以來,這二十多年來非晶變已經在國內、國外電網上普遍運行了。

         

          二、非晶合金變壓器的發展歷程

          1、國外發展歷程

          非晶合金變壓器技術最早是由美國首先發展起來的,其主要發展歷程如下:

          1960年,美國加利福尼亞大學在金和硅的合金中發現一種導磁的非晶合金;1974年,美國聯信公司研制出鐵基非晶合金,同年,美國通用電氣公司發現非晶合金具有低單位損耗特性;1978年,美國研制出10kVA非晶合金變壓器;1982年,美國通用電氣公司、美國電力研究所和帝國電力研究公司聯合研制的非晶合金變壓器投入運行;1986年,美國通用電氣公司開始商業化批量生產非晶合金變壓器。目前非晶合金變壓器技術已在世界上許多國家都得到應用和發展,在瑞士、英國、西班牙、加拿大、日本、印度、菲律賓、臺灣等國家和地區都有非晶變制造廠。

          2、國內發展歷程

          我國非晶合金變壓器技術應用與發展相對較晚,1985才開始非晶合金變壓器的研制工作,但近幾年來發展相對較為迅速,主要發展歷程如下:

          1985年,上海變壓器廠引進國外非晶合金鐵心,裝配完成一臺30kVA的非晶合金變壓器,同年,上海鋼鐵研究所研制出100kVA的三相疊片式非晶合金變壓器;1991~1995年,國內聯合了上海變壓器廠、天津變壓器總廠、北京變壓器二廠、保定變壓器廠、遼陽變壓器廠和佛山變壓器廠6家生產廠,試制完成額定容量為160、200、315kVA和500kVA 等4種規格的樣機6臺;1998年,上海置信電氣股份有限公司率先從美國通用電氣公司引進了非晶合金變壓器生產技術,并擁有生產非晶合金鐵心的工藝設備,正式開始了非晶合金變壓器規模化生產時代。我國的非晶變市場是從2006年開始急速升溫,從最早的十幾家生產廠經過08、09年的擴張,到2010年,目前市場已有一百多家生產非晶變的廠家,其中具備規模生產能力的將近有二十家。

         

          三、非晶合金變壓器主要分類

          按照非晶合金變壓器的結構組成、功能特點以及適用領域,目前非晶合金變壓器主要分類如下:三相油浸式非晶合金變壓器、單相油浸式非晶合金變壓器、地埋式非晶合金變壓器、非晶合金路燈變壓器、箱式非晶合金變壓器、干式非晶合金變壓器、風力發電用非晶合金變壓器、光伏發電用非晶合金變壓器等等。

         

          四、正常使用條件

          海拔不超過 1000m 戶內或戶外

          最高環境氣溫度 +40℃ 最高日平均溫度 +30℃

          最高年平均溫度 +20℃ 最低氣溫 -25℃

          地震烈度:8度

          污穢等級:Ⅲ級

          根據用戶要求可提供在特殊使用條件下運行的變壓器。(海撥超過1000m高的每超過100m其額定短時外施耐壓值將提高1%,因此絕緣距離也將隨著海撥高度的增加而增大,這樣就會相應的增加制造成本。而在地震高發區或嚴重污穢的地方,因為要增加一些特殊處理,也會因此增加制造成本。)

         

          五、執行標準

          a. GB 1094.1-1996 電力變壓器 第1部分:總則

          b. GB 1094.2-1996 電力變壓器 第2部分:溫升

          c. GB 1094.3-2003 電力變壓器 第3部分:絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙

          d. GB 1094.5-2008 電力變壓器 第5部分:承受短路的能力

          e. JB/T 10318-2002 油浸式非晶合金鐵心配電變壓器技術參數和要求

          f. GB /T 6451-2008 油浸式電力變壓器技術參數和要求

          g. JB/T 10088-2004 6kV-500kV級電力變壓器聲級

         

          六、 型號含義

        SBH  15 – M – □ / □

         

                                              電壓等級(kV

                                              額定容量(kVA

                                              密封式油箱

                                              性能水平代號

                                              非晶合金鐵心

                                              箔式繞組

        三相

          (注:D表示單相,B箔式繞組只是低壓繞組并且只在100kVA及以上容量才有,2500kVA及以下的高低壓繞組均為線繞。15為性能水平代號,現在非晶變的國家標準只有15型的,如用戶要求要16型的,那就要在15型的基礎上再降低10%的空載損耗,這樣就必須增加相應的制造成本。電壓等級可以為10/0.4(kV) 也可以是10.5/0.4或者6.3/0.4(kV),但要在合同上明確規定。另外一個簽合同時要注明聯接組別,非晶變一般采用Dyn11接法。)

         

          七、非晶合金材料

          非晶合金是一種新型節能材料,它是以鐵、硼、硅、鈷和碳等元素為原料,用急速冷卻等特殊工藝使內部原子呈現無序化排列的合金。非晶合金帶材生產時,在鐵、鈷、鎳、鉻等金屬中添加硅、硼、碳等非金屬,將1400℃高溫下一定比例的鐵、硅、硼等混合熱熔液,以相當于每秒鐘冷卻一百萬攝氏度的高速冷卻,冷卻速度為105~107K/s,冷卻底盤的轉動速度約為30m/s,從溶液到薄帶成品一次成形。由于高速旋轉和冷卻時的高溫驟降,合金箔的原子結構呈現無序排列,類似于玻璃,不存在通常金屬合金所表征的晶體結構,故稱其為“非晶合金”。 采用非晶合金帶材制造的變壓器的空載損耗和空載電流非常低,可減少CO、SO、NOx等有害氣體的排放,它也被稱為二十一世紀的“綠色材料”。

          1、非晶合金帶材的產業情況:世界上現只有兩家公司能批量生產非晶合金帶材,一家是日本日立金屬公司,另一家是中國的中黔電氣集團公司。美國曾是世界上最大的非晶合金材料制造商,霍尼韋爾(Honeywell)公司是最早擁有非晶材料制造的平板流技術專利,年生產能力達3萬噸以上的,2003年被日本日立金屬公司收購。日立公司經過2008年擴產后,現年生產能力達到8萬噸。而安泰科技公司經過2009和2010年兩條萬噸級的生產線投產后,現具備年產4萬噸的產能,但帶材質量還不是太穩定,只能做142mm片寬的帶材。

          2、非晶合金帶材的特性:非晶合金帶材主要有鐵基、鐵鎳基、鈷基三大類,用于非晶合金變壓器是鐵基非晶合金,它有以下幾個特性:

          (1)非晶合金沒有晶格和晶界存在,因此,其磁化功率小,并具有良好的溫度穩定性。由于非晶合金為無取向材料,故可采用直接縫,且不用分級,使制造鐵心的工藝比較簡單。

          (2)非晶合金帶材的厚度為0.02~0.03mm,是硅鋼片的十分之一左右。因此渦流損耗大大降低。其表面不太平整,電阻率較高,單位損耗僅為硅鋼片的20%~30%。

          (3)非晶合金帶材的硬度約是硅鋼片的5倍,加工剪切比較困難。而且脆性較大,常溫下進行切割,邊緣容易出現碎裂、變形和起層現象。因此非晶合金帶材在加工時,先局部加高溫,再用特殊的刀具進行切割。

          (4)非晶合金對機械應力非常敏感。生產過程中的壓、拉、彎、打等應力都會影響其磁性能,這些施加到鐵心的應力會增大產品的空載損耗和噪音,一般會增加20%~200%。因此,在非晶變結構設計時應采取特殊的緊固措施,以減少鐵心受力;另外避免采用以鐵心作為主支承的結構設計方案;在整個生產制造過程中也應盡量輕拿輕放減少鐵心受力。

          (5)非晶合金的磁致伸縮程度比硅鋼片高約10%,這直接影響到非晶合金變壓器產品的噪音水平,普通非晶變會比同容量的硅鋼片變壓器高5~8分貝。在設計和生產過程中,不宜過度夾緊,否則將增大變壓器的噪聲。

         

          八、非晶合金變壓器的生產工藝流程

          鐵芯:外購―檢測驗收―存放待用

          絕緣:紙板下料—沖剪—機械加工—手工裝配—送線圈車間和裝配車間

          線圈: 低壓線圈繞制―高壓線圈繞制―線圈整形―線圈干燥―送裝配車間

          器身裝配: 線圈和鐵芯插裝―器身絕緣裝配―引線裝配—半成品試驗(測直流電阻、變比、開關連接組別等)

          油箱:外購―清洗―送裝配車間

          總裝:器身干燥處理—器身整理—真空注油—裝外部零件 —補油試漏靜放—成品試驗—包裝出廠

         

          九、非晶變的性能特點

          1.鐵心的導磁材料采用非晶合金。由于非晶合金不存在晶體結構并具有軟磁特性,磁滯回線的面積很狹窄,磁化功率小,電阻率高,渦流損耗小,所以采用此材料制造的變壓器的空載損耗和空載電流非常低。

          2.由于非晶合金比較脆、飽和磁通密度較低(約1.5T),所以非晶合金鐵心的額定磁通密度一般為(1.3—1.4T)比冷軋硅鋼片(1.6—1.7T)低。變壓器鐵心采用非晶合金帶材一般卷制成三相五柱式結構,使變壓器的高度比三相三柱的低。鐵心截面為矩形,其下軛可以打開便于線圈的套裝。當然由于非晶合金帶材的厚度為0.02mm~0.03mm,只有硅鋼片的1/10左右,非常薄、脆,并且對機械應力很敏感,因此裝配時要注意輕拿輕放,避免因為過多的外力而增加產品的空載損耗和噪音。

          3.低壓繞組除小容量(160kVA以下)采用銅導線以外,一般采用銅箔繞制的圓筒式結構;高壓繞組采用多層圓筒式結構,使繞組的安匝分布平衡,漏磁小。高、低壓繞組采用導線張力裝置一起繞制成矩形線圈,并通過熱壓整形將線圈固化成一整體,以增強繞組的機械強度和抗短路的能力。

          4.器身裝配、油箱結構、保護裝置等采用不吊心結構,并采用真空于燥、真空濾油和注油的工藝,采用全密封油箱,沒有儲油柜等結構。

          5. SH15非晶變的負載損耗與S9系列常規油變的負載損耗相同,空載損耗非晶變SH15系列比S9系列下降70%左右;空載電流非晶變SH15系列比S9系列下降80%左右。

          6.非晶變聯結組采用Dyn11接法,減少了諧波對電網的影響,改善了供電質量。由于非晶變的鐵心都是四框五柱式結構,在Yyn0結線的狀態下,三相不平衡負載電流會引起三相電壓的嚴重衡。

          7. 由于非晶變采用全密封結構,絕緣油和絕緣介質不與空氣接觸,在正常運行下不需要換油,這就大大降低了變壓器維護成本和延長了使用壽命。并且可在潮濕的環境中運行,是城市和農村配電網絡中理想的配電設備。

          8.雖然非晶合金變壓器的有效成本比S9型平均上升了20%以上,其售價比S9型約高30%以上,但其比S9型同容量的變壓器其空載損耗降低75%以上,年運行成本平均降低30%,通過年電能損耗,年電能損耗成本,年節電費的計算,一般在三到四年內可以收回它相對于硅鋼片鐵心變壓器所增加的投資成本。

         

          十、發展前景

          變壓器是輸變電中的損耗大戶,在配電網損耗中變壓器損耗約占30%~60%,其中空載損耗約占變壓器損耗的50%~80%,因此推廣高效節能的變壓器是電網節能的重要途徑。在配電網和新能源領域,預計末來10年非晶合金變壓器的總需求量將達12.7億kVA,按每臺315kVA計算約403臺,市場規模達1613億元。而09年非晶合金變壓器市場規模才約17億元,可以預見未來非晶合金變壓器市場空間巨大,前景廣闊。從2000年開始國內已可以批量生產非晶合金變壓器了,但國家電網一直沒有大力推廣,主要是考慮上游原材料(即非晶合金帶材)供給不足,價格高;而且行業的壟斷利潤是被外資企業(日本日立金屬公司)獲取。目前我國安泰科技公司的非晶合金帶材已量產成功,產能4萬噸/年,打破了日立金屬的壟斷地位。隨著安泰科技公司的產能釋放,非晶合金帶材的供給瓶頸以及核心技術被國外壟斷的問題都將解決,這大大有利于推廣非晶合金變壓器。此外,我國2004年、2006年、2010年先后出臺了一些政策法規及強制性國家標準,加強節能減排工作,也使各省市政府職能部門及電力企業充分認識到加強節能減排工作的重要性和緊迫性,加強了高效節能變壓器的推廣力度。非晶合金變壓器屬高新技術,綠色環保節能產品,國家已將非晶變列為“十一.五”期間重點推廣項目。

         

        附:S9S11型系列配電變壓器與SH15非晶合金變壓器的性能參數比較 

        容量 
        KVA

        空載損耗(鐵損)W

        負載損耗(銅損)W

        空載電流 %

        短路阻抗 %

        SH15

        S11

        S9

        S9S11SH15

        SH15

        S11

        S9

        30

        33

        100

        130

        600

        1.70

        2.80

        2.80

        4.0 

        50

        43

        130

        170

        870

        1.30

        2.50

        2.50

        63

        50

        150

        200

        1040

        1.20

        2.40

        2.40

        80

        60

        180

        250

        1250

        1.10

        2.20

        2.20

        100

        75

        200

        290

        1500

        1.00

        2.10

        2.10

        125

        85

        240

        340

        1800

        0.90

        2.00

        2.00

        160

        100

        280

        400

        2200

        0.70

        1.90

        1.90

        200

        120

        340

        480

        2600

        0.70

        1.80

        1.80

        250

        140

        400

        560

        3050

        0.70

        1.70

        1.70

        315

        170

        480

        670

        3650

        0.50

        1.60

        1.60

        400

        200

        570

        800

        4300

        0.50

        1.50

        1.50

        500

        240

        680

        960

        5150

        0.50

        1.40

        1.40

        630

        320

        810

        1200

        6200

        0.30

        1.30

        1.30

        4.5

        800

        380

        980

        1400

        7500

        0.30

        1.20

        1.20

        1000

        450

        1150

        1700

        10300

        0.30

        1.10

        1.10

        1250

        530

        1360

        1950

        12000

        0.20

        1.00

        1.00

        1600

        630

        1640

        2400

        14500

        0.20

        0.90

        0.90

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