路文娟 王 贇

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，430205，武漢∥第一作者，講師）

非晶合金材料是20世紀(jì)70年代問世的一種新型合金材料，具有許多獨(dú)特的性能特點(diǎn)，如優(yōu)異的導(dǎo)磁性、耐蝕性、耐磨性，以及高硬度、高強(qiáng)度、高電阻率等。采用非晶合金制成變壓器鐵心，并組裝成的變壓器，稱為非晶合金變壓器。非晶合金變壓器具有低噪聲、低能耗、絕緣等級高等特點(diǎn)。

1978年，美國首先研制出10 kVA非晶合金鐵心變壓器。1982年，第一臺非晶合金配電變壓器在美國掛網(wǎng)運(yùn)行。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球掛網(wǎng)運(yùn)行的非晶合金配電變壓器約有200多萬臺。

我國非晶合金配電變壓器的研制工作始于國家“七五”期間。1986年，我國試制出第一臺單相3 kVA非晶合金配電變壓器。目前，變壓器廠家對非晶合金變壓器的熱情很高，非晶合金變壓器的制造商已由過去的幾家增至上百家，非金合金變壓器的產(chǎn)量也在逐年增加，但非晶合金產(chǎn)品還沒有得到大范圍的使用。究其原因，主要是業(yè)主對采購成本的增加比較關(guān)心，而對后期的運(yùn)行成本關(guān)心很少。隨著對節(jié)能減排的重視，非晶合金變壓器的市場會進(jìn)一步升溫。非晶合金干式變壓器如圖1所示。

圖1 非晶合金干式變壓器

1 非晶合金的特點(diǎn)

非晶合金材料具有以下特點(diǎn)：

（1）非晶合金的單位鐵損值低，與相同電壓等級和同容量硅鋼片變壓器相比，其空載電流降低了40%，空載損耗降低了70%～80%；

（2）非晶合金片厚度極薄，僅為0.03mm，填充系數(shù)較低；

（3）電阻率高，可減小渦流損耗；

（4）硬度大，切割要求高；

（5）對機(jī)械應(yīng)力非常敏感，易碎，影響磁性能；

（6）伸縮性能敏感。

2 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器的對比

2.1 結(jié)構(gòu)形式對比

非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器的結(jié)構(gòu)形式對比見表1。由表1可以看到，兩者只是在形式、鐵心截面和線圈形狀上存在差異。

2.2 性能參數(shù)對比

非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器主要性能參數(shù)對比見表2。由表2可以看到，非晶合金干式變壓器較硅鋼片干式變壓器空載電流降低了40%，空載損耗降低約70%，噪聲增大約13dB。

表1 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器結(jié)構(gòu)形式對比

表2 非晶合金干式變壓器與硅鋼片干式變壓器主要性能參數(shù)對比

3 非晶合金干式變壓器的關(guān)鍵技術(shù)

（1）尺寸和質(zhì)量。非晶合金干式變壓器由于鐵心采用五柱式結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致變壓器的整體尺寸和質(zhì)量較傳統(tǒng)干式變壓器分別增加約20%和40%，給安裝帶來一定影響。隨著技術(shù)的進(jìn)步，已經(jīng)開發(fā)出三柱結(jié)構(gòu)非晶合金干式變壓器，尺寸與傳統(tǒng)干式變壓器相差無幾，質(zhì)量也大幅減輕。所以，非晶合金干式變壓器的尺寸和質(zhì)量不影響其在城市軌道交通中的安裝使用。三柱式鐵心與五柱式鐵心的對比見表3。

（2）噪聲。由于非晶合金帶材的固有特性，改進(jìn)前的非晶合金干式變壓器的噪聲較一般硅鋼片變壓器大。國內(nèi)廠家通過結(jié)構(gòu)改良和減振措施，使產(chǎn)品的噪聲有了大幅下降，其噪聲已接近普通硅鋼片變壓器，遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的噪聲水平，符合城市軌道交通的使用要求。

（3）抗短路能力。非晶合金干式變壓器繞組是矩形結(jié)構(gòu)，受力不及圓形繞組均勻，承受短路電動力時容易變形。此外，非晶合金干式變壓器通常采用繞組軸向承重結(jié)構(gòu)，這使得矩形繞組的軸向受力和徑向所承受短路電動力的考驗(yàn)要比圓形繞組嚴(yán)酷。通過改進(jìn)線圈的設(shè)計(jì)工藝，國內(nèi)許多廠家的產(chǎn)品的抗突發(fā)短路能力得到極大提高，通過了國家標(biāo)準(zhǔn)下的短路試驗(yàn)，其性能也得到了實(shí)際工況的檢驗(yàn)。

（4）容量。長期以來，由于非晶合金帶材的限制，國內(nèi)廠家普遍能生產(chǎn)的非晶合金干式配電變壓器的最大容量為1600kVA。近年來，國內(nèi)非晶合金變壓器容量不斷突破，電壓等級已達(dá)到35kV，容量已達(dá)到2500kVA，能滿足城市軌道交通配電的需要。

表3 三柱式鐵心與五柱式鐵心的對比

4 非晶合金干式變壓器的經(jīng)濟(jì)效益

以城市軌道交通中常用的容量為1250kVA的傳統(tǒng)變壓器為例，與非晶合金變壓器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

兩種變壓器的負(fù)載損耗基本一致，非晶合金變壓器的空載損耗較傳統(tǒng)變壓器的空載損耗有較大幅度下降。按目前的價格水平，傳統(tǒng)變壓器每臺約25萬元，非晶合金變壓器每臺約35萬元，1臺非晶合金變壓器的一次性投資較傳統(tǒng)變壓器增加約10萬元。經(jīng)計(jì)算，1臺非晶合金變壓器每年節(jié)省電量約16500kWh，按0.8元／kWh計(jì)算，每年節(jié)省約13200元，大約8年節(jié)省的電費(fèi)可以將增加的一次性投資收回。即8年后可以享受到非晶合金變壓器低損耗所帶來的經(jīng)濟(jì)效益。變壓器的設(shè)計(jì)壽命一般為30年，一條城市軌道交通線路的變壓器數(shù)量一般有幾十臺，因此，采用非晶合金變壓器將有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5 非晶合金干式變壓器在城市軌道交通中應(yīng)用的現(xiàn)狀

自1986年我國第一臺非晶合金變壓器研制成功以來，經(jīng)過20多年新技術(shù)的引進(jìn)消化和技術(shù)發(fā)展，各項(xiàng)跟蹤檢測數(shù)據(jù)證明了非晶合金變壓器有著比較穩(wěn)定的空載特性。目前，國內(nèi)已有一批知名企業(yè)掌握了非晶合金變壓器的生產(chǎn)技術(shù)，且具備生產(chǎn)各個系列非晶合金變壓器的能力，其生產(chǎn)的各類非晶合金變壓器均通過了國家級各項(xiàng)試驗(yàn)，在產(chǎn)品選用方面完全可以實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。

然而，由于非晶合金鐵心材料的核心技術(shù)掌握在國外公司的手里，且非晶合金干式變壓器存在體積較大、初始購置成本較高等問題，而國家也尚未發(fā)布關(guān)于35kV非晶合金干式配電變壓器相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，因此，國內(nèi)城市軌道交通目前僅有10kV非晶合金干式配電變壓器的運(yùn)用，尚沒有35kV非晶合金干式配電變壓器的運(yùn)用案例。

但是，非晶合金干式變壓器具有優(yōu)異的低空載損耗特性，在節(jié)能減排日益受到重視的今天，城市軌道交通領(lǐng)域更適宜采用非晶合金變壓器，以減少能源消耗。

［1］GB 20052—2006三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值［S］.

［2］DL／T 985—2012配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價導(dǎo)則［S］.

［3］鄧云川，高宏.非晶合金鐵心變壓器及其在電氣化鐵路中的應(yīng)用［J］.高速鐵路技術(shù)，2013（4）：32.

［4］順特電氣有限公司.地鐵非晶合金配電變壓器相關(guān)技術(shù)資料［G］.佛山，2013.