非晶合金變壓器在發(fā)電廠廠用系統(tǒng)的應(yīng)用

 引言
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)是變壓器的主要部分，變壓器的鐵損（即空載損耗）是因交變的磁力線通過(guò)鐵芯產(chǎn)生磁滯及渦流而產(chǎn)生的損耗，主要取決于制造變壓器鐵芯的導(dǎo)磁材料以及其疊裝工藝。降低變壓器空載損耗的最有效途徑就是增大鐵芯的磁阻，減小變壓器的激磁電流。增大磁阻的技術(shù)手段是將傳統(tǒng)鐵芯使用的硅鋼片做的非常薄，而目前從工藝制造水平上硅鋼片的厚度能做到0.3mm，并且主要依賴(lài)進(jìn)口。目前非晶合金材料厚度可以做到0.03mm，比傳統(tǒng)的硅鋼片薄10倍，成品變壓器空載損耗與傳統(tǒng)硅鋼片相比大大降低，空載電流降低50%，節(jié)電效果明顯，在發(fā)電廠廠用系統(tǒng)中推廣應(yīng)用，可降低大量廠用電損耗而節(jié)省電能。
1 非晶合金材料的性能指標(biāo)
非晶合金就是把已經(jīng)融化的液態(tài)合金，采用超冷技術(shù)，使其從液態(tài)到固態(tài)的過(guò)程中，金屬內(nèi)部原子來(lái)不及有序排列，呈結(jié)晶狀態(tài)，此金屬?zèng)]有常規(guī)晶態(tài)合金的晶粒、晶界存在，故稱(chēng)為“非晶合金”。非晶合金新型金屬材料結(jié)構(gòu)具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗、低激磁電流、良好的溫度穩(wěn)定性，非常適用制造變壓器鐵芯。與傳統(tǒng)的導(dǎo)磁材料硅鋼片相比較具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
2 非晶合金變壓器的應(yīng)用
2.1 非晶合金的生產(chǎn)工藝 非晶合金帶材含鐵78%-81%、含硼13.5%、含硅3.5%-8%，另外還有微量的鎳等金屬，它的原子排列特征是呈混論無(wú)序狀態(tài)，帶材外表面特征是具有金屬色澤的銀灰色薄帶。非晶合金材料的節(jié)能功效主要?dú)w功于采用了一種新的具有優(yōu)異軟磁性能的以及嚴(yán)格的制造工藝。與硅鋼片的生產(chǎn)工藝差別較大，非晶合金材料是以非?？斓乃俣壤鋮s凝固成0.02-0.06mm厚的合金薄板，此工藝比常規(guī)硅鋼片成材工藝節(jié)省了6-8道工序，節(jié)省能耗80%左右，成材率可達(dá)90%。
2.2 非晶合金變壓器的生產(chǎn)制造方法 ①在鐵芯上繞制線圈。把非晶合金成卷帶狀薄板加工成矩形，用專(zhuān)用的繞線機(jī)繞制線圈，但線圈截面積大、鐵芯質(zhì)量重，對(duì)工裝設(shè)備和工藝操作都有較嚴(yán)格的要求，因此，較大容量的變壓器難以采用這個(gè)方法。②采用疊片式鐵芯結(jié)構(gòu)。把非晶合金卷材剪切成所需要的長(zhǎng)度，再加以粘接，疊裝成鐵芯。從物理特性可看出非晶合金材料薄，脆而硬，要達(dá)到無(wú)毛刺，對(duì)剪切的設(shè)備和刀具要求高。工藝復(fù)雜、工時(shí)耗用多，制造難度大，大面積推廣有其一定困難。③非晶合金鐵芯套裝線圈。把卷繞成型的鐵芯在一端剪切出接縫，各片的接縫均錯(cuò)開(kāi)，壓制成矩形，打開(kāi)接縫，套入線圈，閉合接縫，組裝為鐵芯和繞組的整體部件。目前廣州順德電氣制造單臺(tái)容量達(dá)到1250KVA，并且一次通過(guò)國(guó)家電力試驗(yàn)檢測(cè)中心三相短路試驗(yàn)，并且運(yùn)行效果良好。
3 非晶合金材質(zhì)的節(jié)能效果分析
3.1 非晶合金變壓器SCBH15與SCB9系列變壓器損耗的比較 從非晶合金材料的電磁性能可以看出，在同等磁通密度下，非晶合金鐵芯損耗僅為硅鋼片鐵芯的四分之一，勵(lì)磁功率約為硅鋼片鐵芯的一半，電阻率為硅鋼片鐵芯的3倍。
3.2 效益分析和計(jì)算 我國(guó)是世界上能源消費(fèi)增長(zhǎng)最快的國(guó)家，同時(shí)也是能源緊缺國(guó)家，節(jié)能是我國(guó)建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的國(guó)策。為滿足社會(huì)可持續(xù)發(fā)展和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的需要，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)已將非晶合金變壓器列為重點(diǎn)推廣節(jié)電產(chǎn)品。當(dāng)前對(duì)非晶合金變壓器能效分析有很多方法，分析的角度也不盡相同，根據(jù)電力行業(yè)DL/T985-2005《配電變壓器能效技術(shù)經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》提供的配電變壓器能效的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法中提出的總擁有法德概念，能夠全面、準(zhǔn)確充分表達(dá)所購(gòu)變壓器的綜合費(fèi)用，它綜合了變壓器的初始費(fèi)用和等價(jià)現(xiàn)值的損耗費(fèi)用。
TOCEPC=CI+（A×P0+B×PK）
式中TOCEPC——配電變壓器的綜合能效費(fèi)用（元）；
CI——變壓器設(shè)備的初始費(fèi)用（元）；
P0——變壓器額定容量的空載損耗（KW）；
PK——變壓器額定容量的負(fù)載損耗（KW）；
A——單位空載損耗的等效初始費(fèi)用（元/KW）；
B——單位負(fù)載損耗的等效初始費(fèi)用（元/KW）。
以機(jī)械行業(yè)為例，設(shè)計(jì)變壓器設(shè)計(jì)壽命20年，貼現(xiàn)率為8%，年用電時(shí)間為355天×24=8760小時(shí)，單位月容量費(fèi)為20元/KW，電費(fèi)為0.65元/KWh，年最大負(fù)載時(shí)間為5500小時(shí)，負(fù)荷率為75%。
A=KPV×EeHPV+EC×12
=1-[1/1+0.08]20/0.08×（0.65×8760+20×12）
=58.32元/KW
B=（Ee×T+Ec×12）×PL2
=（0.65×5500+20×12）×{1-[1/0.08]20/0.08×0.752
=21.2元/KW
以SCBH15非晶合金型315KVA變壓器與SCB9型普通型為例，同等容量的變壓器相比非晶合金變壓器的價(jià)格要高出普通型20000元左右。SCBH15型的空載損耗142W，負(fù)載損耗2532W；SCB9型的空載損耗為670W，負(fù)載損耗為3650W，因此
TOCEPC=CI+（A×P0+B×PK）
=-20000+（58.32×（670-142）+21.2×（3650-2532）
=34494.56元
在壽命周期內(nèi)使用非晶合金變壓器替換同容量干式變壓器，可節(jié)約費(fèi)用34494.56元。而電力行業(yè)考慮變壓器的設(shè)計(jì)壽命一般為30年，經(jīng)濟(jì)效益更大。
3.3 在發(fā)電廠低壓廠用系統(tǒng)中的應(yīng)用
結(jié)合電力行業(yè)的特點(diǎn)，以2×300MW火力發(fā)電機(jī)組所使用廠用低壓變壓器空載損耗、負(fù)載損耗為例，低壓廠用變壓器的空載損耗之和為55.18KW，負(fù)載損耗為202.54KW。按照非晶合金變壓器的空載損耗減少75%-80%，負(fù)載損耗減少30%左右。不考慮投資成本，從節(jié)能減排方面分析，每運(yùn)行24小時(shí)空載損耗減少24×43.04=
1032.96KWh，負(fù)載率按0.75考慮，負(fù)載損耗減少24×60.762×0.75=1093.716KWh，兩項(xiàng)合計(jì)為2127KWh。按照目前我公司上網(wǎng)電價(jià)0.4017元/KWh計(jì)算，每天增加經(jīng)濟(jì)效益2127×0.4017=854元。按照每發(fā)一度電用煤360克，排放二氧化碳100克，二氧化硫10克計(jì)算，每天節(jié)約煤765.72公斤，減少二氧化碳排放212.7公斤，減少二氧化硫排放21.27公斤。
4 結(jié)論
4.1 非晶合金鐵芯制造的變壓器節(jié)能效果非常明顯，經(jīng)濟(jì)性能良好。根據(jù)目前資料顯示SCB9型普通干式變壓器與SCBH15型非晶合金變壓器相比，一次性投資僅增加40%左右。建議新建發(fā)電廠廠用系統(tǒng)和農(nóng)用配電項(xiàng)目推廣使用，增加的投資運(yùn)行50000小時(shí)左右即可收回。
4.2 由于生產(chǎn)工藝的特殊性，目前了解市場(chǎng)生產(chǎn)能力單臺(tái)容量可做到1250KVA，并且一次性通過(guò)國(guó)家權(quán)威部門(mén)的三相短路試驗(yàn)。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步變壓器的容量會(huì)逐步增大，單價(jià)逐步降低，節(jié)約成本的空間更大。