新型铁芯材料在电力变压器上的节能效益

新型铁芯材料在电力变压器上的节能效益

周瑞刘志刚

（山东泰开变压器有限公司山东泰安271000；山东省泰安市南开发区泰开工业园山东泰安271000）

摘要：变压器是整个电网中最重要的电力设备，变压器的本身效率非常的高，但是由于容量大、数量多的原因导致变压器的损耗也非常的高，变压器的损耗主要来源于变压器中的铁芯的铁损和绕组的铜损，据统计全国变压器的总损耗大概占系统发电量的百分之十左右，损耗每降低百分之一每年可以节约上百亿的电量，所以采用低损耗的的铁磁材料能够降低变压器的空载损耗，利用低损耗铁芯材料的节能变电器是整个电力行业的发展方向。文章重点就新型铁芯材料在电力变压器上的节能效益进行研究分析，以供参考和借鉴。

关键字：铁芯材料；电力变压器；节能效益；分析

引言

变压器中的硅钢片的性能好坏不仅仅是影响到电能的损耗，还关系到电机和变压器的性能、体积、重量和各种各样的材料的节约，所以说硅钢片的剪切工艺非常的重要，硅钢片的剪切是利用激光切割的，但是切割的过程中产生硅钢片的毛刺会影响电磁的特性、电机输出功率、发电机寿命，叠片的时候毛刺会造成片间搭接短路引起漩涡损耗的增加，我们要通过改善激光切割工艺，减少硅钢片毛刺，降低损耗。

1变压器节能存在问题

目前节能变压器推广起来有一定难度，最为关键的是技术层面存在一些缺陷。对企业而言，需要增加成本；对用户而言，价格太高。业内人士认为，目前主要是缺乏节能配电变压器的统一定义和界定标准，需统一节能配电变压器的定义，界定清楚其实质性技术指标，这些指标要尽可能的量化、细化，尤其要具有可操作性。进一步完善目节能变压器国家标准，跟上国际步伐。不可否认，节能型变压器迎来前所未有的发展机遇，具有巨大的市场需求，从企业层面来说，要做好打持久战的心理准备，练好内功，向产业上下游延伸，从提供差异化产品和特色服务入手为用户提供优质服务和切实使用方案，由原来的单一产品供应商向用户的综合服务供应商转变，从而提高产品的附加值和企业利润，实现企业的可持续发展；从国家层面来讲，要进一步完善节能变压器的各项国家标准和价格补贴制度，制定统一的国家标准，并及时将其他行业制定的实用性、针对性强的节能标准上升到国家标准并予以强制执行，加大国家标准与价格补贴的落实力度。

2变压器铁芯材料的发展

早期的变压器铁芯采用的是低碳钢的材料，现在使用的硅钢片有两种规格，一种是零点三五毫米硅钢片和另一种是零点五毫米硅钢片，跟低碳钢相比，硅钢片的电阻几乎不变，只是将整块的铁芯分割成许多金属薄片，并且薄片之间是绝缘的，这样就提高了磁性材料的利用率，增加交流抗阻，降低铁芯的涡流损耗。硅钢片的发展经历了三个阶段，早期的是热轧硅钢片，它的含硅量低，损耗高，在二十世纪四十年代左右就出现了冷轧无取向硅钢片，这种硅钢片含硅量高，而且损耗低，一推出就得到广泛的应用，随着研究的不断深入，科学界发现铁的结晶方向容易磁化，1934年美国采用冷轧和高温热处理结合的方法使得硅钢片中的晶体沿着方向有规律的排序，使得它具有优良的磁性，并且逐步向工业化生产，虽然到目前为止硅钢片的铁损较大，铁芯容易饱和，但因为它的生产工艺相对简单，成本不高，所以现在硅钢片仍然是电力变压器比较常见的铁芯材料。

3新型铁芯材料在电力变压器上的节能效益分析

3.1新型变压器铁芯材料Hi-B晶粒取向硅钢片特点

美国的高斯所发明的晶粒取向硅钢片与从前的产品相比，磁化性能优越，铁损很低，是一种划时代的新型硅钢片。日本新日铁公司引进了阿姆柯公司的技术，开始生产磁场强度约1.82T的晶粒取向硅钢片。后来日本新日铁公司又研制出高导磁率Hi-B晶粒取向硅钢片铁芯材料，它有更优的磁化特性和低铁损性能。新日铁制成了激光照射技术处理的Hi-B晶粒取向硅钢片铁芯，但经退火后，其降低铁损的效果消失，故只适于不进行消除应力退火的叠片铁芯变压器。后采用在钢板长度方向以一定的间隔用机械方式形成微小应力的方法处理晶粒取向硅钢片，消除应力退火后，其细化磁畴的效果也不消失，既可用于制作叠片铁芯，也可用于制造卷铁芯。后来采用该新技术生产的新产品Hi-B晶粒取向硅钢片铁芯材料第一次在世界上实现商品化，与其它硅钢片比较，Hi-B晶粒取向硅钢片具有如下优点：第一，磁化特性优良磁化特性通常以800A/m时的磁感值衡量其优劣，Hi-B晶粒取向硅钢片在800A/m下的相对导磁率约为1920，而CGO晶粒取向硅钢片为1820。采用新型高导磁率的Hi-B晶粒取向硅钢片做铁芯材料减少空载损耗节能是最有效的；第二，磁致伸缩低磁致伸缩是指铁芯在交流磁化时沿磁化方向发生了长度伸缩，是变压器噪声产生的一种主要原因。由于Hi-B晶粒取向硅钢片磁致伸缩低，可以大大降低变压器的噪音，减少环境污染。

3.2使用Hi-B晶粒取向硅钢片的效益

日本现在变压器上因使用0.27mm厚度的Hi-B晶粒取向硅钢片，与之前相比，重量减轻了1/2，空载损耗减少了60％。铁芯材料用厚度为0.3mm的高级Hi-B，使空载损耗大幅度下降，重量比以往制造的变压器重量减轻了27％，特别是科学技术进步后，铁芯噪声大幅度降低，不再需要使用防音壁。虽然目前Hi-B晶粒取向硅钢片比CGO晶粒取向硅钢片贵10％左右，由于在变压器上使用Hi-B晶粒取向硅钢片作铁芯，结果节约了铁芯片、铜、绝缘、变压器油等材料，减少了变压器的重量和体积，空载损耗显著降低，给企业带来不少的经济效益。以日本生产的6000V/210-105V柱上变压器为例，生产的热轧硅钢片T145变压器额定容量30kVA，空载损耗200W；再以我国农村电网为例，现有以JB64系列、JB1300-73系列标准制造运行的高损耗变压器共计约上百万台，如铁芯换成Hi-B晶粒取向硅钢片，节能效益是相当可观的。

3.3非晶合金材料的研究及在变压器上的应用

美国首先研制出非晶合金材料，非晶合金铁芯变压器比高性能晶粒取向硅钢片铁芯变压器空载损耗更低，节电效果更显著。非晶合金材料具有独特的优越的磁学、力学和化学等性能，它的出现是合金材料的一大变革。用于制造电力变压器铁芯的非晶合金材料以铁、硼、硅为主，加入镍、钴、钡等多种元素制成，具有良好的铁磁性能和较高的导磁率。美国GE公司现已生产10～100kVA单相和75～750kVA三相非晶合金铁芯变压器，随着电力公司对非晶合金铁芯变压器显著的节能效果、低操作成本认识的提高，对非晶合金铁芯变压器应用不断增加。日本已开发出500kVA叠片式三相非晶合金铁芯变压器，并准备代用10％的晶粒取向硅钢片变压器。我国非晶合金材料在电力设备，尤其是在变压器上的应用目前还处于起步阶段。我国用美国的非晶合金铁芯和带材，试制成功30kVA三相卷铁芯的变压器。用进口非晶合金带材制成100kVA三相迭片式非晶合金铁芯变压器，已挂网运行，至今运行正常。用国产非晶合金材料试制成功三相50kVA变压器，其空载损耗达到了同类结构八十年代国际水平，其中一台在农网挂网，运行状况很好，噪音小，器身内部温度低而稳定，过载能力强。

结束语

综上所述，Hi-B晶粒取向硅钢片生产的变压器以及非晶合金铁芯变压器，它们的制造成本差距很大。随着科技进步，制造成本的降低，国家再制订有关节能政策，新型铁芯材料变压器，必将得到大量推广应用。

参考文献：

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[3]戈文祺.电力变压器铁芯剩磁的仿真、测量与削弱[D].河北工业大学，2014.