非晶合金变压器

非晶合金变压器（amorphous alloy transformer）是二十世纪七十年代开发研制的一种节能型变压器。

非晶合金变压器产品对于安全性、可靠性的要求特别高，具有典型的技术密集型特点。

世界上最早研发非晶合金变压器的国家是美国，当时由美国通用电气（GE）公司承担了非晶合金变压器的研制项目。

到上世纪八十年代末实现了商品化生产。

由于使用了一种新的软磁材料——非晶合金，非晶合金变压器的性能超越了各类硅钢变压器。

非晶合金变压器兼具了节能性和经济性，其显著特点是空载损耗很低，符合国家产业政策和电网节能降耗的要求，是节能效果最为先进，使用成本也较为经济的配电变压器产品。

外文名：amorphous alloy transformer开发者：美国通用电气开发时期：二十世纪七十年代我们先从非晶材料（amorphous materials）说起，在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。

所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。

反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料, 一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。

科学家发现，金属在熔化后，内部原子处于活跃状态。

一但金属开始冷却，原子就会随着温度的下降，而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来，形成晶体。

如果冷却过程很快，原子还来不及重新排列就被凝固住了，由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。

将处于熔融状态的高温液体喷射到高速旋转的冷却辊上。

合金液以每秒百万度的速度迅速冷却，仅用千分之一秒的时间就将1300℃的合金液降到室温，形成非晶带材。

非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。

以铁基非晶合金为例，它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。

由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。

例如，用于航空航天领域，可以减轻电源、设备重量，增加有效载荷。

用于民用电力、电子设备，可大大缩小电源体积，提高效率，增强抗干扰能力。

微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。

非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。

非晶合金神奇的功效，具有广阔的市场前景。

2 应用历史在对非晶材料有了初步的了解后,我们再来看一下非晶带材的一个非常具有前景的应用领域——非晶变压器。

非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时，在初级测得的功率损耗)下降80%左右，空载电流(变压器次级开路时，初级仍有一定的电流，这部分电流称为空载电流)下降约85%，是目前节能效果较理想的配电变压器，特别适用于农村电网和发展中地区等配变利用率较低的地方。

中国的上市公司——Satons从美国通用电气公司引进非晶合金变压器的专有技术后,通过消化吸收，自主创新开发了适合中国电网运行的非晶合金变压器系列产品,已经成为目前国内规模最大的非晶合金变压器专业化生产企业,这证明了非晶材料广阔的市场空间。

3 名词解释非晶合金是一种集制造节能和应用节能于一身的高科技绿色材料。

我国的非晶合金材料研究起步于上世纪70年代中期，国家科技部从“六五”开始连续五个五年计划均将非晶、纳米晶合金研究开发和产业化列入重大科技攻关项目。

合金材料的制造采用先进的快速凝固技术，在制造过程中节约能耗80%左右，而且制造过程无污染排放，实现了绿色制造。

4 设计非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是，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。

当在产品结构布臵时，除要考虑非晶合金铁芯本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确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。

5 性能目前广泛采用的新S9型配电变压器，其铁心所采用的导磁材料通常为30Z140高导磁冷轧硅钢片，其饱和磁密比非晶合金高，产品设计时所选取的磁通密度通常在1.65～1.75T之间。

这也就是非晶合金铁心配电变压器比新S9型配电变压器空载损耗低的一个主要原因。

表1为三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器空载损耗值的比较。

表1 非晶合金和新S9型配电变压器空载损耗值的比较从表1中的统计数据可以看出，要想节约能源，通过采用新材料的方法，来降低配电变压器的空载损耗值，是一条很有效的途径。

6 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。

7 产品说明SCRBH15型非晶合金变压器适当成分的液体金属，以大约每秒摄氏一百万度的冷却速率，急速凝固所获得的合金，因其原子在结晶化之前即已凝固，结果使合金具有类似玻璃的非结晶原子结构及优点的软磁性质。

8 产品特点1.超低损耗特性，省能源、用电效率高；2.非晶金属材料制造时使用较低能源以及其超低的损耗特性，可大幅节省电力消耗及减少电厂发电量，相对的减少CO₂SO₂废气的排放，降低对环境污染及温室效应，免保养，无污染；3.运转温度低、绝缘老化慢、变压器使用寿命长；4.高超载能力，高机械强度；5.非晶铁心在通过较高频率磁通时，仍具有低铁损及低激磁电流的特性而不致产生铁心饱和的问题，故以非晶铁心制成的SCRBH15型非晶合金变压器具有较好的耐谐波能力；6.投资回收效益快。

三、技术参数额定功率：50/60(KVA)效率(η)：100～1000电压比：10000/400(V)外形结构：立式冷却方式：风冷式防潮方式：灌封式绕组数目：三绕组铁心结构：非晶合金冷却形式：干式铁心形状：R型电源相数：三相频率特性：低频型号：SCRBH15-200/10应用范围：电力9 行业现状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。

随着我国节能降耗政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。

高能耗配电变压器面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。

非晶合金变压器兼具了节能性和经济性，其显著特点是空载损耗很低，符合国家产业政策和电网节能降耗的要求，是目前节能效果最为先进，使用成本也较为经济的配电变压器产品。

在解决了噪声问题之后，产品普遍适用于城市、农村的各类场所。

2013-2017年中国非晶合金变压器行业市场需求预测与投资战略规划分析报告《中国非晶合金变压器市场调研及投资前景预测前瞻》显示，随着电网建设持续和城乡配电网改造加速，变压器市场需求量有望保持强劲增长态势。

2010年我国非晶合金变压器市场规模约18亿元，随着非晶合金变压器市场推广加快，产品应用比例逐步提升。

预计未来10年非晶合金变压器市场容量将达到千亿元，年均市场容量超过100亿元，市场空间巨大。

在国家将鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品背景下，行业内经营规模较大、技术研发能力较强的大型企业将面临更多的发展机遇。