變壓器是根據(jù)電磁原理而制造的一種輸變電設(shè)備，導(dǎo)磁磁路系統(tǒng)是變壓器的一個主要部分。導(dǎo)磁材料的性能直接影響變壓器的技術(shù)經(jīng)濟指標。

　　自1885年匈牙利的岡茨工廠首先研制成*臺具有閉合磁路的單相變壓器以來，鐵芯是一般碳素鋼絲或碳素鋼作為當時的導(dǎo)磁材料，鐵芯是卷鐵芯結(jié)構(gòu)。1903年出現(xiàn)熱軋硅鋼片，鐵芯結(jié)構(gòu)改為疊片式，空載損耗降低50%以上。1935年美國阿爾姆柯公司向市場供應(yīng)冷軋硅鋼片。1964年日本發(fā)明高導(dǎo)磁晶粒取向冷軋硅鋼片。1964年日本的新日鐵公司開始市場供應(yīng)這種硅鋼片。這樣，變壓器的空載損耗又一次大幅度下降，0.23mm厚經(jīng)激光照射或等離子處理的高導(dǎo)磁晶粒取向冷軋硅鋼片于50Hz及1.7T下的單位損耗已降到每公斤0.9瓦。

　　1960年美國加利福尼亞大學(xué)首先從金和硅合金中發(fā)現(xiàn)另一種導(dǎo)磁的非晶合金，1974年美國聯(lián)信公司研制出鐵基非晶合金，1974年美國GE公司發(fā)現(xiàn)它有較低單位損耗(1.5T60Hz下的單位損耗為0.44W/kg)。

　　從此，變壓器行業(yè)開始注意非晶合金作為配電變壓器導(dǎo)磁鐵芯的材料。1978年美國研制出10KVA非晶鐵芯變壓器，對外公開是1980年研制成的15kVA非晶鐵芯變壓器。此后，國外很多變壓器制造廠開始研制這種變壓器，我國也已研制成功非晶鐵芯變壓器，有的廠已能批量生產(chǎn)。目前，非晶鐵芯三相配電變壓器的zui大容量已達2500kVA。非晶鐵芯變壓器的投網(wǎng)運行，已獲得可觀的節(jié)能效果。10kV級配電變壓器年需量約5000萬KVA，若全部采用非晶合金變壓器，一年可節(jié)電100億kWh以上。同時，還可帶來良好的環(huán)保效益，少向大氣排放CO2、SO2，減少核廢料。

　　所以，推廣發(fā)展非晶鐵芯配電變壓器不但有良好的節(jié)能效益(同容量配電變壓器的空載損耗可下降70%～80%)，而且還有環(huán)保效益。建議國家電力公司應(yīng)大量采用非晶鐵芯配電變壓器及非晶鐵芯組合式變壓器。

　　關(guān)鍵詞 非晶鐵芯 配電變壓器 組合式變壓器

　　一、非晶鐵芯變壓器的特點

　　非晶合金是一種厚度極薄，僅0.03mm厚的一種導(dǎo)磁材料，故設(shè)計成卷鐵芯結(jié)構(gòu)是 的結(jié)構(gòu)方案。一般，單相變壓器的卷鐵芯結(jié)構(gòu)是一個框，三相變壓器的卷鐵芯結(jié)構(gòu)是由四個框合并成類似三相五柱式結(jié)構(gòu)。因為非晶合金帶難以剪切，一般是以邊緣剪切處加溫而獲得良好的剪切面，故卷鐵芯截面都呈長方形，長寬比的選擇應(yīng)使導(dǎo)線平均匝長與非晶合金重量為*參數(shù)。

　　由于非晶合金的壓力敏感性，成形后鐵芯應(yīng)在磁場下進行消除壓力的退火處理，為了便于繞組在繞制好的情況下順利套在鐵芯柱上(四框式卷鐵芯的每個相繞組要在相鄰的兩個框上)，在卷鐵芯的每個框的鐵軛部分有交錯布置的接縫。以上是一系列的加工過程，為獲得的性能，非晶合金具有交錯接縫的卷鐵芯都以標準尺寸并經(jīng)磁場下退火后由專業(yè)廠供貨的。

　　三相配電變壓器容量較大時，因非晶帶的寬度限于220mm左右，故可選用幾個卷鐵芯疊在一起的結(jié)構(gòu)，所以，用這種疊放式結(jié)構(gòu)，可使非晶鐵芯三相配電變壓器單臺容量擴大到2500kVA。從電氣性能上，由于采用三相四框五柱式結(jié)構(gòu)，每個相繞組套在磁路獨立的兩框上，每個框內(nèi)的磁通除基波磁通外，還有三次諧波磁通存在，三次諧波磁通占基波正弦波磁通的百分數(shù)則與運行時額定磁通密度選用值有關(guān)。一個繞組內(nèi)兩個卷鐵芯框內(nèi)三次諧波磁通正好在相位上相反，數(shù)值上相等。因此，整個每一組繞組內(nèi)的三次諧波磁通相量和為零。只要變壓器三相繞組接法，如D接，有三次諧波電流的回路，在感應(yīng)出的二次側(cè)電壓波形上就不會有三次諧波電壓分量。當然，每個框內(nèi)的空載損耗還是會受到各自框內(nèi)三次諧波磁通的影響。

　　根據(jù)上面分析，三相配電變壓器采用非晶鐵芯獲得節(jié)能與環(huán)保效益的結(jié)構(gòu)方案將是：四框鐵芯組成三相五柱結(jié)構(gòu)，非晶鐵芯是經(jīng)退火且有交錯鐵軛接縫的結(jié)構(gòu)，鐵芯與繞組都是呈長方形截面，繞組可采用先繞制成形的結(jié)構(gòu)，是較好的配合。

　　二、非晶鐵芯的設(shè)計參數(shù)

　　非晶合金的飽和磁密較低，固此額定磁通密度不宜選得更高，一般選取1.3～1.4T的磁通密度可獲得較好的空載損耗值。

　　由于非晶合金的單片厚度僅為0.03mm，故疊片系數(shù)僅80%左右，因此，非晶鐵芯的毛截面要較硅鋼片鐵芯為大。雖非晶合金的比重比硅鋼片小，zui后的鐵芯重量仍較重。

　　鑒于非晶合金的價格較貴，有必要選用更合適的繞組排列，使整臺變壓器價格有所下降。

　　傳統(tǒng)的配電變壓器都采用單同心結(jié)構(gòu)，即低壓繞組：高壓繞組是內(nèi)外布置。為了減少非晶合金用量，可采用雙同心結(jié)構(gòu)，即低壓繞分裂為兩部分，高壓繞組布置在兩個低壓繞組之間。將雙同心繞組結(jié)構(gòu)與三相四框五柱式非晶合金卷鐵芯相配合可使非晶合金用量下降，從而使整臺變壓器價格趨于下降，更有效地能進一步推廣非晶合金在配電變壓器的應(yīng)用。

　　為使用戶獲得免維護或少維護的好處，非晶鐵芯配電變壓器還可設(shè)計成全密封式結(jié)構(gòu)，使油浸式配電變壓器內(nèi)油與外界空氣不接觸，可防止油的氧化。

　　由于非晶合金的壓力敏感性，非晶鐵芯在受壓后空載損耗會增大，將繞組支撐在單獨的繞組支撐系統(tǒng)上，經(jīng)非晶合金鐵芯配電變壓器的實際突發(fā)短路試驗證明，這個結(jié)構(gòu)配合措施是正確的，而且是必須的。

　　如果在組合式變壓器內(nèi)(國內(nèi)簡稱箱變)的鐵芯也由非晶合金按上述結(jié)構(gòu)方案制成，更容易解決非晶合金成本高的難題，也就是說，組合式非晶合金鐵芯變壓器更具有發(fā)展前途。

　　三、人們對非晶合金鐵芯擔(dān)心的一些問題是不成立的

　　在非晶合金鐵芯發(fā)展過程中，人們對非晶合金曾擔(dān)心過一些問題：

　　1、非晶鐵芯變壓器出廠后經(jīng)一般運行時間，非晶會不會晶化，空載損耗會不會經(jīng)運行而呈增加趨勢。

　　應(yīng)該說，這種擔(dān)心是沒有必要的，因為非晶合金的居里溫度約為415℃，晶化溫度為550℃。這些溫度對于非晶合金帶加工、鐵芯成形后退火，正常運行溫度，短路熱穩(wěn)定溫度都已是足夠高的值，所以對晶化的擔(dān)心在實際上是不存在的。

　　2、非晶鐵芯的磁致伸縮要較傳統(tǒng)晶粒取向冷軋硅鋼片要大，因此噪聲水平不易保持。這也是一種誤解。

　　在同一磁通密度下的磁致伸縮，非晶合金的這一值是比傳統(tǒng)晶粒取向冷軋硅鋼片要大。但是，冷軋硅鋼片的飽和磁通密度較高，約為2.03T左右，而非晶合金的飽和磁通密度較低約為1.5T左右。因為非晶鐵芯變壓器的額定工作磁通密度要比冷軋硅鋼片鐵芯變壓器的額定工作磁通密度要低得多。實際的磁致伸縮是接近的。從同規(guī)格變壓器不同導(dǎo)磁材質(zhì)的實際聲級水平來看，非晶合金鐵芯變壓器具有相同的聲級水平，也就是說，就聲級水平而言，非晶鐵芯變壓器與冷軋硅鋼片鐵芯變壓器具有相同的水平。