摘要：通过更换变压器来对低压电网进行改造，对非晶合金变压器进行了研究，并且针对其设计、相关性能以及在使用后的成效来看非晶合金变压器使用的优点，最终对其发展前景做出了进一步的展望。
关键词：非晶合金变压器；设计；应用；前景
作者简介：薛金喜（1978-），男，山西汾阳人，山西省汾阳市汾阳供电支公司，助理工程师。（山西 汾阳 032200）
中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）01-0131-02
随着我国经济的高速发展，对电能的需求逐年增加，而这促使了我国电力工业的发展，预计在未来20年内我国电力行业仍将保持高速发展的形势。在20世纪90年代，非晶合金变压器作为一种高效节能的产品逐步引入我国电力市场，并逐渐得到了市场的认知。但由于非晶合金变压器的材料比常规变压器的材料昂贵很多，制约了非晶合金变压器的大规模推广应用。2004年以来，常规变压器的材料硅钢片和铜的价格暴涨，使得常规变压器的价格大涨，而高效节能的非晶变压器得到了人们的重视，其销售量大幅上升。目前我国已着手解决电力结构性矛盾，改变过去“轻供、重发”的倾向[1]，发展节能型的电气设备，淘汰安全性差、高耗、低效、性能落后的电力设施，发展电网建设，加快城乡电网改造。全球变暖使得环境得到高度关注，甚至立法。新一代非晶合金产品性能更好，使得非晶合金变压器越来越引起高度关注。在这种形势下高效节能的非晶合金变压器，为电力市场提供了一种良好的选择。
一、非晶合金变压器概述
非晶合金是将主要的材料相互溶化（其中硼、铁、镍、硅以及碳等为主要的选用材料），在溶化之后的液体状态之下[2]，以106K/s的速度急速的冷却下去，在冷却之后，从合金液体形态一次成形为金属薄片，而其固态的合金并没有晶格与晶界这两种的存在，所以，这样的合金也就称之为非晶态合金。非晶合金变压器指的是在变压器当中以非晶合金材料当做其铁芯使用[3]。相比原先变压器中使用硅片作为材料的变压器，使用非晶合金材料作为铁芯使用的变压器，大幅度地降低了其空载的损耗以及空载电流。所以，在现行的非晶合金技术下，使用非晶合金材料是较为理想的一种选择。
二、非晶合金变压器设计
选取非晶合金变压器时，主要是通过降低变压器的空载损耗来实现节能的，所以在非晶合金变压器设计当中最应考虑的问题就是降低其空载的损耗。在布置非晶合金变压器结构位置的时候，首先需要考虑外力的作用，其次是选取合理的特性合金参数。并且，非晶合金在设计的过程中还需要遵循以下几个方面的要求：
一是将非晶合金变压器设计改造成为全密封式的结构来使用，这是为了减少后期对变压器的维护，也称为“变向”保护变压器。
二是非晶合金材料的单片厚度为0.03mm，而叠片的系数由于受到厚度的影响，也只能达到84%、85%左右[4]。
三是考虑到非晶合金材料饱和磁密相对偏低的特性，因此在额定的磁通密度的选取中，一般只能选择1.3～1.5T之间的密度，不能够使用额定较高的磁通密度，如此，才能符合对空载损耗值的理想选择。
通过对非晶合金材料的研究，笔者得出非晶合金材料具有很突出的导磁性，所以选择其来作为变压器的铁芯材料使用，能够有效地降低变压器的损耗值。考虑到非晶合金本身有很多方面的特性，所以在非晶合金材料的设计与制造的环节中，需要从以下几个方面对于其进行考虑：
（1）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。
（2）考虑到每一片非晶合金厚度较薄，并且非晶合金材料表面不够平滑，所以对于其变压器使用的贴芯的填充没有较高的要求。
（3）本身来说，非晶合金材料具有很好的低损耗的性能，但是通过了退火处理之后，非晶合金材料的低损耗特性将会更加的优良。
（4）非晶合金材料具有超高的硬度，所以一般常用的工具都不能够将其轻松的剪切下来，所以在对非晶合金材料进行设计的时候，需要尽量的避免剪切度。
（5）对于机械应力来说，非晶合金材料非常的敏感，所以在设计其结构的时候，其承重结构件的选择上，尽量不要使用铁芯。
通过上面设计中对于非晶合金材料的分析来看，其结构最合理的选择为：经过退火处理之后的铁芯，然后在同一平面内由四个单独存在的铁芯框组成三相五柱式，并带有交叉铁轭接缝，其截面为长方形，油箱为全密封免维护的波纹结构。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。
三、非晶合金变压器性能和使用效果
与新型的S9配电变压器比较来看，非晶合金铁芯损耗值较低，而新型S9变压器一般是选择的冷轧硅钢片来作用导磁材料，其磁通密度在1.65T到1.75T之间，相比非合金的饱和磁密度，S9的密度偏高，这也是变压器选取非晶合金铁芯的原因，也是其损耗低的原因[5]。
将三相非晶合金铁心配电变压器与新型的S9配电变压器相比，在每一年中节约的电量也在一个客观的数值范围内。例如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，那么△Pk=0，通过这样就能够计算出一台变压器每年能够减少的电能损耗的计算结果是：
△Ws=8760（1.05+0.62×0）=9198kW?h
通过以上计算的公式来看，三相非晶合金铁芯配电变压器具有很明显的节能优势。并且，由于其油箱采用的是全封闭式的结构，变压器内部的油完全的与外界的空气相隔绝，这样组织了油的氧化，最终达到了增加变压器寿命的目标。在山西省汾阳市的农村低压电网的改造当中，逐渐地将S7以及部分的S9系列的变压器替换成新型的非晶合金变压器，从而有效地降低了线损值。
四、非晶合金变压器发展前景
在我国提出的《“十一五”国民经济和社会发展规划》当中，着重强调了两个重要的、具有约束性的指标，也就是在“十一五”期间，需要将单位的GDP能耗降低约20%，节能降耗面临着巨大的压力。
在能源日益紧张、缺乏的时期，降低能耗已经刻不容缓。目前，我国生产变压器的企业多达1000多家，平均的年产量在5000万kVA左右，占据了总额的三分之一[6]。随着最近几年电力负荷增长了10%以上的情况下，相当于在每一年中都增加了大概37万台315kVA配电变压器，如果将这些变压器全部换成节能型的非晶合金材料当中铁芯的变压器，就相当于一年中节约了24.6亿kW?h的用电量。如果将这些电量折算为废弃以及能耗，也约等于一年中，减少耗煤量101万吨，减少203万吨的二氧化碳的排放，从而净化环境，减轻环境污染。在未来前景中，还有如下几方面问题有待解决：
1.扩大与稳定
目前，我国的非晶合金材料需要进一步扩大，并且保持在一个稳定的状态。虽然在现阶段，我国的材料已经步入了规模化声场的环节当中，但是其性能仍然不够完善，存在不稳定的因素。
例如：在目前国内生产的非晶合金材料只存在142mm一个规格宽度，但是如果采用进口的材料则多了170mm以及213mm两种材料的选择。随着使用变压器用户技术的不断攀升，也就要求了生产变压器的厂家能够生产出更多宽度的材料，这种对生产变压器的厂家带来了新的任务以及挑战，这样就需要我国的变压器尽快的进行改进，尽快开发出更多能够满足需要的变压器产品出来。
2.降低非晶合金变压器的制造成本
虽然非晶变压器具有高效、节能等方面的优势，但是相比传统硅钢片变压器生产来说，非晶合金变压器的制造成本仍然很高，这也成为了电力用户使用单位的一块心病。因此，从非晶原材料的生产、非晶合金铁芯的生产到非晶合金变压器的制造这整个产业链中，只有有效地控制好产业链中各个生产环节的合金制造成本，才能够有望降低非晶合金变压器的制造使用成本，才能够在逐渐的设计改进中逐渐缩小与硅钢片变压器之间的差价，这也是需要相关产业链企业一起共同研究的课题。
总之，在非晶合金变压器的设计与应用中，还需要各位业界人士的努力，而在本文中，笔者着重对非晶合金变压器的设计、应用效果、前景进行了简要的阐述，但仍然需要进一步深入的对其研究，来实现进一步地完善和提高。希望通过本文的研究，能够达到抛砖引玉的效果，引起国内外专家学者对于该领域进一步的重视。
参考文献：
[1]惠云凤.非晶合金变压器的节能效果及其应用[J].铁道建筑技术,2011,(8):73-74.
[2]非晶合金变压器的前景广阔急需关键突破[J].变压器,2011,(1):
91-93.
[3]非晶合金变压器的节能效益[J].宁波节能,2010,(5):105.
[4]马永翔,李颖峰,殷永红.非晶合金变压器的节能效果及应用研究[J].陕西理工学院学报(自然科学版),2009,(3):88-89.
[5]王金丽,盛万兴.非晶合金变压器应用试点节能分析[J].节能与环保,2009,(5):104-105.
[6]杨中地.非晶合金变压器的制造工艺[J].电气制造,2008,(1):75-76.
（责任编辑：刘丽娜）