非晶合金变压器设计

非晶合金变压器设计
非晶合金变压器设计

非晶合金变压器设计

1 非晶合金变压器综述

1.1非晶合金材料

在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料, 一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。

非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电力、能源、电子、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。

1.2非晶合金的主要特点

(1)非晶合金铁心

1)非晶合金铁心片厚度极薄,仅0.025mm,不到常用硅钢片的1/10;叠片系数较低,只有0.86;带材有142、170、213mm3种宽度。

2)非晶合金的饱和磁通密度较低,单相变压器一般取1.3~1.4T,三相变压器一般取1.25~1.35T,因此,产品设计受到材料的限制。

3)非晶合金的硬度较大,是取向硅钢片的5倍,因此,加工剪切很困难,对设备、刀具要求较高。一般是对边缘剪切处进行加温从而获得良好的剪切面,心柱由同一宽度的非晶合金带卷制而成,故铁心截面呈长方形,相应的高、低压绕组均为矩形。

4)非晶合金在成材过程中急速冷却和卷绕铁心时会产生应力,为了获得良好的损耗特性,非晶合金铁心成型后必须在一定的磁场条件下进行退火处理。其退火工艺比较复杂,要求较高。

5)非晶合金铁心材料退火之后的脆性(易产生碎屑)也是设计制造时需关注的问题,需要采取一定的工艺措施。

6)非晶合金铁心材料对机械应力非常敏感,无论是张引力还是弯曲应力都会影响其磁性能,所以,铁心的损耗会随着压力的增大而增加。这需要在器身结构设计方案中予以充分考虑。

7)单相非晶合金铁心变压器的铁心结构一般为“框”形,如图1.1所示;

三相变压器的结构则由

4个“框”合并成类似的三相五柱式结构,如图1.2所

示;容量较大时,则采用8个铁心框叠放在一起的结构。

图1.1 单相非晶合

图1.2 三相非晶

(2)非晶合金铁心变压器运行后的空载损耗

非晶合金片磁滞损耗和涡流损耗都明显低于取向硅钢片,因此非晶合金铁心配电变压器的空载损耗只有S11型配电变压器空载损耗的40%,甚至更少。但也有人认为,运行后的非晶合金铁心变压器的空载损耗会呈增加趋势。

此问题早在开发非晶合金变压器期间已经有所考虑。

1982年,第一台非晶合金铁心变压器在美国挂网运行;

1983年,美国电力研究院(EPRI)、GE公司及纽约州电力公司曾考虑到了这一问题,并于1985年,将已制成的台、柱上变压器送到个成员单位进行为期年的现场试验。现场试验的测试数据表明,运行2年后其空载电流和空载损耗与交付试验时的极为接近。

日本东京电力公司、Takao电气公司和日立电气公司对非晶合金变压器的长期可靠性做了深入细致地研究。他们从1991年起对不同容量的200台非晶变压器进行了加速老化、现场运行、短路、冲击等试验,还进行了负荷和振动对变压器空载特性的影响测试。研究结果表明,在30年寿命期内,其空载特性是稳定的,运行是可靠的。

我国对此问题亦有研究。1995年,作为非晶合金配电变压器试运行单位的甘肃省天水市北道区电力局,根据冶金部、电力部关于攻关试验项目试验测试的规定要求,对10台挂网运行2个月的非晶合金变压器进行了测试,测试结果与运行前的测试值是相一致的。

铁心材料被制作成形铁心后已经过了约400℃高温的退火处理,这对于正常运行温度、短路热稳定温度都已是足够高的了,所以不必担心材质会在30年寿命期内因温度而发生变化。因此,非晶合金变压器不存在空载损耗在运行中会有所增加的可能。

(3)非晶合金变压器噪声

研究表明,铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因,这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。在10%同一磁通密度下的磁滞伸缩程度,非晶合金的这一指标比传统晶粒取向冷轧硅钢片高。但是,冷轧硅钢片的饱和磁通密度较高,约为2.03T,而非晶合金的饱和磁通密度较低,约为1.5T。因为非晶合金铁心变压器的额定工作磁通密度(1.25~1.35T)要比冷轧硅钢片铁心变压器的额定工作磁通密度(1.63~1.73T)低得多,因而二者的实际磁滞伸缩是接近的。

但是,非晶合金铁心变压器与同规格传统铁心变压器相比,其铁心质量大40%左右,有效截面积大50%以上,这在一定程度上会使变压器噪声增大。

另外,铁心自身结构和制造工艺对噪声也有一定的影响。非晶合金铁心表面涂覆有环氧树脂,如果树脂涂覆不好或由于树脂质量差或调配比例不当而引起树脂脱落,或者接缝叠装不整齐等都会增加变压器噪声。因此在产品设计中有必要对铁心和器身采取接缝涂漆、加消音垫等减振措施。

所以,非晶合金铁心变压器的声级很难控制。在行业标准JB/T10088—2004《6~500kV级电力变压器声级》中也指出:“本标准规定的声级限值不适用于非晶合金铁心变压器,非晶合金铁心变压器的声级限值由制造单位与用户协商确定。”然而其噪声并不是不可以控制的,在现有技术条件下,若在非晶合金变压器设计、工艺、制造、使用过程中多加注意,精心控制,则非晶合金铁心变压器也可达到传统铁心变压器的声级水平。但对于噪声要求较严格的场所,建议慎重考虑。

(4)联结组

由于三相非晶合金配电变压器采用三相四框五柱式铁心结构,每个相绕组套在磁路独立、相邻的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外,还有三次谐波磁通,三次谐波磁通占基波正弦波磁通的百分数则与运行时额定磁通密度选用值有关。一个绕组的两个铁心框内的三次谐波磁通在相位上正好相反,数值上相等,因此每一组绕组内的3次谐波的磁通相量和为零。当变压器高压绕组采用D 联结时,三次谐波电流在高压绕组三角形内构成回路,在感应出的二次侧电压波形上就不会有三次谐波电压分量。当然,每个框内的空载损耗还是会受到各自框内二次谐波磁通的影响,因而其联结组一般采用Dyn联结。用户在选用产品时应注意这一点。

(5)抗短路能力

上文已介绍非晶合金铁心的损耗会随着压力的增大而迅速上升。一旦变压器发生短路,所产生的冲击性电动力如果直接作用于非晶合金铁心,铁心是无法承受的。因此,在器身结构上,不能采用将铁心作为主承重结构件的传统设计方案,低压绕组应自保持,一般将低压绕组绕在硬筒上,将高压绕组直接套绕在低压绕组上,装配时将绕组支撑在单独的绕组支撑系统上并压紧固定,这样可使铁心不受压力,减少了变压器短路时径向的内缩或外扩,从而有效地确保

了变压器的抗短路能力。这种结构已通过实际短路承受能力试验证明。

(6)产品的技术经济性

非晶合金变压器的节能效果已经得到广泛的认可,其技术经济性方面的论证已见诸报道。在目前市场状况下,通过对SH15型三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与S11型三相油浸式配电变压器经济性的分析比较,就投资回收期而言,非晶合金铁心配电变压器在四年多时间里节约的电费就可以补回投资差额,之后用户便可长期受益。

1.3非晶合金变压器的发展前景

推广应用非晶合金铁心变压器不仅有良好的节能效益,而且还有环保效益。节能相当于减少发电量或少建火力发电厂,从而减少了发电厂排放的CO2、SO2和氮氧化物等。

非晶合金铁心配电变压器在国外早已使用并取得了成功经验。美国有100多万台非晶合金铁心配电变压器挂网运行;日本已有35万台在运行,目前世界上最大的5000kVA的非晶合金变压器也在运行;欧盟国家也有应用;亚洲的印度、孟加拉国、韩国、泰国等国家都有非晶合金变压器制造厂。我国从二十世纪九十年代初开始生产和应用非晶合金变压器,但发展较为缓慢,推广的效果不很理想。

三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与S11型三相油浸式配电变压器相比,其有效材料消耗较大,制造耗费工时较多,因而成本较高。按目前材料价格计,前者的价格约为后者的1.3倍。这一价格与前些年相比,供需双方还是可以接受的,这就有利于大范围推广应用。另外,采购变压器不能只看价格,应对总费用(TOC)进行评估,看其在寿命期内的总成本是否最低。这也是国际上通用的方法。2005年6月,国家电网公司农电工作部在组织讨论非晶合金变压器标准时,已将此方法作为该标准的附录。

目前,除油浸式非晶合金铁心配电变压器外,根据市场和用户需要,又推出了多种非晶合金铁心变压器类产品:非晶合金铁心干式变压器、非晶合金铁心地下式变压器、高燃点油非晶合金铁心变压器、非晶合金铁心组合式变压器(即美式箱变)、预装式非晶合金变电站(即欧式箱变)等等,其应用范围越来越广。

比如,三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器相比,其年节约电能量是相当可观的。以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,则△Pk=0,,便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为:

△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW?h

通过该种规格产品的计算可知,三相非晶合金铁心配电变压器系列产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构,使变压器内的油与外界空气不接触,防止了油的氧化,延长了产品的使用寿命,为用户节约了维护费用。

综上所述,非晶合金变压器若能完全替代新S9系列配变,如10kV级配电变压器年需求量按5000万kVA计算时,那么,一年便可节电100亿kW?h 以上。同时,还可带来少建电厂的良好的环保效益,少向大气排放温室气体,这样会大大地减轻对环境的直接污染,使其成为新一代名副其实的绿色环保产品。总之,国家在城乡电力网系统发展与改造中,若能大量推广采用三相非晶铁心配电变压器产品,其最终会获得节能与环保两方面的效益。

2 变压器的电磁计算

2.1变压器电磁计算的一般程序

2.2变压器技术参数的确定

确定技术参数实际上就是确定变压器设计的原始条件。在变压器设计计算之前所需要确定的技术参数主要由国家标准及有关标准以及用户订货时所提出的要求来决定。对于电力变压器而言,设计计算中主要涉及的国家标准有《电力变压器》(即GB1094)干式变压器(GB6450)与JB_T10318-2002 油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求等。其主要项目如下:

额定容量、电压组合、联结组标号及性能参数应符合表2.1的规定:

其主要项目如下:

(1)额定容量:一般应按GB1094中所规定的容量等级,特别注意所推荐优先采用的容量等级。

(2)额定电压:应按GB1094及有关国家标准及IEC标准的规定,尤其是出口产品应考虑用户订货的要求。

(3)有载调压及无励磁调压范围和级数

(4)额定频率:一般为50Hz,个别出口产品可能为60Hz.

(5)相数:单相或三相(个别特种变压器除外)

(6)绕组联结组标号:按国家标准的规定和用户定货要求来决定。

(7)额定性能数据(空载损耗、负载损耗、空载电流、短路阻抗等)

(8)额定使用条件:对我国应按国家标准的规定如下:

①环境温度:

最高气温 +400C

最高日平均气温 +300C

最高年平均气温 +200C

最低气温(适用于户外式变压器) -250C

最低气温(适用于户内式变压器) -50C

②海拔高度:变压器安装地点的海拔高度不应超过1000m,当超过时应

按降低绝缘处理,对温升标准也另做考虑。

③冷却水温度:强油循环水冷式变压器规定冷却器入口处水温为300C

(9)冷却方式:按国家标准的规定。

(10)温升限制

(11)绝缘水平

①全绝缘:中性点绝缘水平与线路绝缘水平一致。

②分级绝缘:中性点绝缘水平比线路绝缘水平低,一般用于中性点有效接地系统。

③降低绝缘:产品的绝缘水平一般比正常产品要低,适用与不直接和架空线路连接的产品。

(12)噪音水平:由相应的行业标准所决定。

(13)其他特殊参数:如零序电抗值、安装尺寸要求、运行环境要求、运输重量限制等,均有用户与制造厂协商来决定。

2.3电压和电流的计算

在确定了变压器的技术参数后,在正式的电磁计算开始之前,首先进行电压和电流的计算.这项计算同样也是电磁计算的重要原始条件之一。由于变压器种类繁多,本设计先针对一般单相变压器和三相变压器的电压和电流计算的原则和方法进行介绍。

2.3.1 单相变压器

(1)当两个芯柱上的绕组相互串联时

每柱电压: 2

U U =φ, V 每柱电流(总电流):U P I =

, A 式中 φU ——额定电压,V

I ——额定容量,A

(2)当两个芯柱上的绕组相互并联时

每柱电压:U U =φ,V 总电流:U

P I = ,A 每柱电流:2I I =

φ,A 2.3.2 三相变压器

由于三相变压器有Y 接法(或YN 接法)与D 型接法两种类型,因此在计算电压、电流时,必须线值有相值的关系,下面分别介绍这两种情况。

(1) Y (YN )接法,如图2.2。这种接法多用于高压绕组,又可分为短

部出线与中部出线两种情况,当采用Y 接法时,具有以下关系 电压:3

U U =φ ,kV

电流: U P I 3= ,kVA

式中φU 、I ——每相的额定电压、额定电流值。

当采用中部出线时,每相电流为额定相电流的一半。

(2) D (三角形)接法

这种接法多用于中、低压绕组,如图2.3。其特点为相电压等于线电压,但

相电流为线电流的31 ,即

电压:U U =φ ,kV

电流:3I I =φ ,kA 另外对于有分接头的变压器,还应分别计算在不同分接头下的电流和电压。宗上所述可知,根据已知的额定容量、额定电压(包括各分接电压)、变压器绕组的接法以及相数等,按照上述各有关公式,即可计算出所需的线、相电流值以及各分接下的电压。

2.4铁心直径的确定

铁心柱直径是变压器的最基本的参数,因为铁心柱的大小一旦确定,也就决定了绕组的内径以及原、副绕组的匝数,从而影响到整个变压器的尺寸和各主要参数。它的正确选定还涉及到变压器材料的铜铁比,是影响优化设计的重要因素。所以确定铁心柱直径往往是变压器设计的第一步。

2.4.1 影响铁心直径选择的主要因素

首先,由变压器原理分析可知,在保持铁心磁密一定的条件下,铁心直径的增大将使得绕组匝数减少,换句话说,铁心材料消耗的增加将使得导线材料

的消耗减少并使得短路阻抗、负载损耗降低;如果减少铁心直径,则会得出相反结论。其次,如保持绕组匝数不变,增大铁心直径将使得磁密降低,而空载电流、空载损耗均将相应下降,但铁心材料消耗将增加;反之,如减少铁心直径则有可能引起铁心过饱和以致使空载电流和空载损耗均大为增加。对于电力变压器来说,短路阻抗是一个重要的性能参数,在设计时要求严格地控制在一定范围内。短路阻抗的电抗分量()%106

.496???????=∑k t k H e D K W I f u ρ ,可以认为k

H D W ∑∝2k u 所以,当增加铁心直径从而使绕组匝数W 减少时,若要维持短路阻抗为一定值,则需要使绕组电抗高度减少,并使纵向漏磁等效面积增大,即增加辐向尺寸而减少绕组高度,以使绕组和整个变压器的尺寸向宽而低的方向发展。相反,如减少铁心直径而使绕组匝数增加时,为保持短路阻抗不变,则整个变压器的尺寸将向窄而高的方向发展。

综上所述可知:铁心的选取首先将关系到整个变压器设计的成本。这主要应视其铜铁比的最优化来选择。其次,铁心直径的变化还将影响到变压器的各技术参数(如空载电流、空栽损耗、负载损耗、短路阻抗等)的改变,而在设计时这些参数值的变化均应符合相应的国家标准的规定。第三,铁心直径的选取还影响到整个变压器的尺寸、形状等。最后,铁心直径的选取还要考虑到系列化、通用化的要求。

2.4.2 选择铁心直径的实用方法

2.4.2.1基本公式

如上所述,铁心直径的选择是个复杂的技术经济问题。我国目前的设计是一般在综合考虑容量、短路阻抗、损耗值等因素之后,采用下列半经验公式来计算铁心直径,即 4'S K D D = mm

式中 K D ——铁心直径经验系数,它的值与铜铁材料消耗比,合理的变压器

尺寸以及系列设计等因素有关,它的值可参见表2.2。

'S ——变压器的每柱容量kVA

表 2.2 铁心直径的

经验系数K D 值

从表可知,K D 与结构有关,在一般情况下,就K D 来讲,具有铜线大于铝线,

双绕组大于三绕组的特点。据我国其他的中小型变压器的统一设计,对双绕组铝线一般取K D =52 ;对于双绕组铜线取。在我国大中型变压器设计中,对双绕组铜线变压器取常数K D =55~56 ,对三绕组变压器及自耦变压器取常数K D =53~58 。但随着技术的进步,K D 的取值也在不断变化。设计时应根据产品的发展、

材料的价格以及各厂的具体条件来选择最优的K D 值。

2.4.2.2非晶合金变压器叠厚的选择方法

由于非晶合金采用矩形铁心,系数与普通变压器的有点不同,目前还没有比较好的方法来确定,设计人员一般都是凭经验确定,在这里介绍一种方法,具体介绍如以下公式。

(1)3P K A z = 式中 K 取32

P ——为额定容量

z A ——非晶合金铁心有效截面

(2)按近似正方形计算矩形铁心片宽D

d

z K A D 100?= z A ——cm 2

K d ——0.85

D ——cm

当前D 有146,174,217三种,计算结果取与之相近的一个。

(3)计算叠厚C

D

A C z 85.02?= 2.5 高、低压绕组匝数的计算

通常在选好铁心直径(计算值应靠标准铁心直径)后,首先计算没有分接的线圈(如低压线圈)匝数,然后计算高压或中压线圈匝数。

2.5.1 初算每匝电压

从变压器原理的公式可知

V A B fW U z m ,4111044.4-=

故 匝,/1044.441

1V A fB W U e z m t -?== 通常把e t 称为每匝电压,它是变压器设计的基本参数之一。

取f=50Hz 时,则有

45

z m t A B e =,V/匝 式中 t e ——每匝电压,V/匝;

m B ——铁芯柱的磁密,T 。

从上式可以看出,当铁芯截面一旦确定后,m B 的选择就决定了每匝电势e t 大小,所以在设计当中m B 的选择是一项比较关键且复杂的问题,因为它涉及到了铁芯材料的特性、材料的用量、运行损耗和发热、电势波形、噪声等。

当磁密取得较大时,可以节省铁芯材料,但磁密取得愈大,则愈接近饱和点,将是激磁电流与铁芯损耗大大增加,从而使运行损耗增加,铁芯发热增加。当然,磁密的选择还与硅钢片材质的饱和特性密切相关,对我国目前最常采用的冷轧硅钢片而言,一般饱和磁密为1.9-2.0 T 。而磁密的选择还要考虑到运行的

特点。比如对有分接电压的,应考虑在+5%电压运行时,电压波形仍为正弦波,此时,更要可靠防止变压器运行在饱和阶段。在GB1094.1中曾明确规定:“当电压最大值不超过响应分接电压+5%时,变压器在该分解的容量下可连续运行”。即是说,变压器能在+5%的额定电压下运行还能输出额定电流。

综合以上原因,目前设计中的m B 的选取范围是1.65-1.75T 。对中小型变压器,一般为1.65-1.70T ;对大型变压器,一般为1.7-1.75T 。非晶合金材料的饱和磁密较低,一般设计取值1.25-1.35T 。

2.5.2 低压绕组匝数计算

由于低压绕组没有分接,一般根据低压侧相电压来初算的每匝电压't e ,初选磁密'm B ,计算出每匝电压't e

45

''z m t A B e =,V/匝 根据低压侧电压和初算的每匝电压't e ,可初算出低压绕组匝数'D W ,即 ,匝'

'2t N D e U W = 将计算出的'D W 取整后得到低压绕组的匝数D W ,根据D W 再重新算得每匝电压t e ,即实际的每匝电压为:

匝,/2V W U e D

N t = 在实际的每匝电压必须计算到小数点后三位有效数字。

2.5.3 磁通密度的计算

当正式的每匝电压确定后,便可以确定出正式的磁通密度。即:

z t A e B 45== z

t A e 222104

?, T

z A ——铁心有效截面

2.5.4 高压(中压)绕组匝数的计算

高压或者中压绕组,往往带有分接抽头,比如±5%,还有±2×2.5%等,所以要对各分接位置的匝数分别结算,其计算步骤如下:

(1) 先算出额定相电压及各分接位置时的相电压;

(2) 按下式求出高压(或中压)绕组最小分接位置时的匝数n W ,即 'n W = n U / t e (取整数匝n W )

各分接的匝数

t xg G e U W ?=?'(取整数匝1G W )

根据1G W 分别减去G W ?,即可分别求出其他各分接相相对应的匝数。

从最大分接处的匝数'1G W 起,一级一级的减去分接间匝数'G W ?后,就可得到高压(中压)绕组各个分接处的匝数。对于一般只带±5%分接抽头的变压器,可直接按下式进行计算:

-5%抽头处绕组匝数 ,匝'2''12G G G W W W ?-=;

额定抽头处绕组匝数 ,匝''11G G G W W W ?-=;

+5%抽头处绕组匝数 1'G W , 匝。

2.5.5 电压比校核

众所周知,根据变压器并联运行的要求, 并联运行的变压器之间的变比偏差要求是及严的。为此,在设计时对计算出的高低压绕组匝数必须进行较严格的电压比较核。

通常,电压比较核可按下列程序进行:

(1)额定分接时电压比的校核,即

%25.0'

≤-xg xg xg U U U

式中xg U ——相电压(标准值)

'xg U ——计算的相电压。

按照国家标准《电力变压器》GB1904.1-85的规定电压比的数值比上式大,式中0.25%之值是考虑制造和试验的偏差,在设计计算中应保留的裕度。

(2)最大及最小分接下的电压比较核:

① 最大分接:

%25.0'

±≤-m m m U U U φφφ

② 最小分接:

%25.0'

±≤-n n n U U U φφφ

式中m U φ,n U φ——规定的最大,最小分接下的电压;

'm U φ,'n U φ——计算的最大,最小分接下的电压。另外,在进行各分接下的电压比校核时,应计算到小数点后的三位数字。

2.6 绝缘设计基础

2.6.1变压器绝缘的分类及对绝缘设计的要求

变压器按绝缘介质的不同,通常可分为:油浸式变压器(包括不燃油变压器),干式变压器以及气体绝缘变压器(主要是SF 6气体)这三大类。无论哪种类型的变压器,其绝缘结构都是十分重要的,它既影响到运行的可靠性,也是决定产品成本及其技术先进性等主要因素。

对绝缘设计的基本要求有下列三个方面:

(1)电性能的要求

变压器在长期运行时,既要承受长期最大工作电压的作用,更要耐受各种可能发生的过电压,而后者对变压器来说更加严峻,它往往是决定变压器绝缘水

平的主要依据。变压器的电性能,主要依据各种试验电压来保证。

(2)机械性能的要求

当电流流过变压器绕组时,在漏磁场与电流的共同作用下,在绕组导体内将产生电动力,尤其是在突然短路时,将遭受巨大的短路电流的作用,这时电动力达到很大数值。在设计是选用绝缘材料和整个的绝缘结构在电动力作用下有足够的动稳定性和机械强度。另外,变压器的使用寿命也与其机械强度有关。(3)热性能的要求

变压器在运行过程中将因各部分的损耗而发热,并直到稳定的稳升值。高温将加速绝缘材料的老化从而缩短其使用寿命。通常,根据变压器所使用绝缘材料的绝缘等级不同,都规定有相应的额定温升值与最高容许发热温度值。在运行过程中,一旦发热温度超过最高容许值后,变压器的寿命将锐减。

2.6.2 变压器运行时各部分所承受电压

(1)正常工作时的最高电压

这是指变压器在长期正常运行时所可能承受的最高电压,用U m来表示。也是过电压倍数的基准值,通常U m=(1.05~1.15)U N(U N为额定电压)。

(2)雷电冲击过电压

雷击是一种频发的自然现象,而雷电所引起的冲击过电压则具有陡度大、幅值高的特点,它对高电压电气设备的绝缘将产生极大的危害。通常,雷电冲击波有全波与截波之分,我国目前采用的标准全波为1.2/5μs,即波头时间为1.2μs,波尾时间为50μs。雷电冲击过电压又称为大气过电压或外部过电压。(3)工频过电压

工频过电压也是运行中常见的。它的特点为过电压波的频率为工业用频率(我国为50Hz),其幅值一般不高,但持续时间较长,具体而言,主要有下列几种:单相接地过电压;甩负荷过电压;长线的电容效应所引起的工频电压升高。

应当指出,工频过电压主要是主要影响避雷器灭弧电压的选择,从而影响到绝缘的配合和试验电压的确定。

(4)内部过电压

它的产生是由于设备投切或系统参数的谐振等引起的,它又可分为:

非晶合金变压器简介

非晶合金油浸式变压器简介 一、概述 非晶合金变压器是采用新型导磁材料——非晶合金带材来制作铁心的新型高效节能变压器。非晶合金变压器的最突出的特点就是空载损耗和空载电流非常小,SH15型非晶变比用硅钢片作为铁心的S9型变压器空载损耗下降70%以上,空载电流下降约80%,是目前节能效果非常好的配电变压器。是符合国家经委、计委颁布的《中国节能技术大纲》精神的理想电气产品。自1982年美国通用电气公司研制的非晶配电商业投运以来,这二十多年来非晶变已经在国内、国外电网上普遍运行了。 二、非晶合金变压器的发展历程 1、国外发展历程 非晶合金变压器技术最早是由美国首先发展起来的,其主要发展历程如下:1960年,美国加利福尼亚大学在金和硅的合金中发现一种导磁的非晶合金;1974年,美国联信公司研制出铁基非晶合金,同年,美国通用电气公司发现非晶合金具有低单位损耗特性;1978年,美国研制出10kV A非晶合金变压器;1982年,美国通用电气公司、美国电力研究所和帝国电力研究公司联合研制的非晶合金变压器投入运行;1986年,美国通用电气公司开始商业化批量生产非晶合金变压器。目前非晶合金变压器技术已在世界上许多国家都得到应用和发展,在瑞士、英国、西班牙、加拿大、日本、印度、菲律宾、台湾等国家和地区都有非晶变制造厂。 2、国内发展历程 我国非晶合金变压器技术应用与发展相对较晚,1985才开始非晶合金变压器的研制工作,但近几年来发展相对较为迅速,主要发展历程如下:1985年,上海变压器厂引进国外非晶合金铁心,装配完成一台30kV A的非晶合金变压器,同年,上海钢铁研究所研制出100kV A的三相叠片式非晶合金变压器;1991~1995年,国内联合了上海变压器厂、天津变压器总厂、北京变压器二厂、保定变压器厂、辽阳变压器厂和佛山变压器厂6家生产厂,试制完成额定容量为160、200、315kV A和500kV A 等4种规格的样机6台;1998年,上

非晶合金变压器铁心的热处理工艺

非晶合金变压器铁心的热处理工艺 发表时间:2016-04-15T15:58:32.320Z 来源:《电力设备》2016年1期供稿作者:于春雷王书章邹波王学海张祥 [导读] 国网福建省电力有限公司管理培训中心福建福州 350009)非晶合金铁心进行热处理[2]的目的在于降低甚至消除铁心内部的应力,改善铁心的损耗性能和激磁性能。 于春雷王书章邹波王学海张祥 (国网福建省电力有限公司管理培训中心福建福州 350009) 摘要:非晶合金变压器铁心进行热处理的目的在于消除带材在高速冷却过程中和铁心在剪切、成型过程中产生的应力。应力越大,铁心的损耗越大和所需激磁功率也越大。本文研究分析了温湿度、铁心的尺寸、铁心重量等对于热处理的影响;研究分析了不同非晶合金带材在热处理保温期间的温升情况、热处理设备对于热处理的影响和热处理炉的温度分布。根据非晶合金变压器铁心的热处理的特点,对过往热处理数据进行分析,给定参考工艺,并且通过试验验证了给定工艺的可行性。 关键词:非晶合金铁心;热处理工艺;影响因素 1.引言 优良的磁性能使得非晶合金带材广泛应用于变压器的铁心[1]生产。非晶合金带材在生产过程中,尤其是带材在截切和铁心成型过程中,铁心内部会产生应力。该应力直接影响着铁心的损耗性能和激磁性能,应力越大,铁心的激磁性能和损耗性能就越差。非晶合金铁心进行热处理[2]的目的在于降低甚至消除铁心内部的应力,改善铁心的损耗性能和激磁性能。 根据自身情况,各个厂家提出了各自的处理方法,但是这些方法只停留在解决热处理的表面问题,并没有从根本上找到原因、解决问题。本文将系统分析非晶合金铁心热处理时影响因素的具体影响方式,解决当前行业内非晶合金铁心热处理靠经验、影响因素不明确、影响方式不清楚等问题。 2.非晶合金铁心热处理工艺研究 非晶合金铁心的热处理工艺受到多种因素的影响[3],包括带材特性、铁芯规格以及热处理时环境条件等。本文将就温湿度、带材宽度、铁心规格、设备对于热处理的影响以及铁心保温期间的温升进行研究分析。 2.1 温、湿度对于热处理保温的影响研究 温、湿度对于非晶合金铁心热处理的影响主要在于热处理时带来的铁心氧化。本节将先通过试验研究不同温、湿度对于非晶合金铁心的影响,然后通过试验总结出减小温、湿度对于热处理影响的方案。 温、湿度对于热处理保温时间的影响 试验记录N带(带材宽度为170mm)的铁心和K带(带材宽度为142mm)的铁心分别在不同温、湿度条件下对于热处理保温时间的要求。 图1是美带(由美国进口的带材,下文简称美带;由日立金属公司生产的带材下文简称日带,由安泰科技股份有限公司生产的带材检查安泰带材)的N带铁心和安泰带材K带铁心热处理保温时间随温、湿度增大的曲线。 a 保护气氛的影响 铁芯进行热处理时,采用氮气作为保护气氛,保证热处理时铁芯在高温时不被氧化。通过在相同工况条件下,对通入保护气氛的量进行控制。 b 增加烘炉、烘铁心操作对于热处理的影响 热处理前进行烘炉、烘铁心处理,主要目的在于降低热处理期间炉内的含水量,避免铁心热处理期间被氧化。 2.2 铁心的带材宽度对于热处理的影响研究 热处理时,铁心的加热是沿着铁心的带材宽度方向的,影响铁心升温速度的最主要因素是铁心的带材宽度。 2.3 铁心重量对于热处理的影响研究 2.4 铁心保温期间的温升研究 铁心保温期间,热处理炉通过间断的加热保证炉温恒定。铁心内部达到热平衡后,继续加热就会转入放热阶段;而且非晶合金带材晶化过程也会放热,导致铁心温度继续升高。铁心保温期间温升越大也说明了保温期间的晶化过程越明显。2.5 总结 非晶合金铁心热处理还包括一些不可控影响因素,例如带材、铁心的剪切成型过程等。非晶合金铁心热处理的各个影响因素对于热处理的影响方式不同,影响的程度也不相同。热处理工艺制定时,需要综合考虑各个影响因素。 3 总结 铁心热处理的保温时间的确定需要根据过往热处理的损耗性能、激磁性能以及当前的热处理要求。当损耗性能不能满足当前热处理,热处理需要减少保温时间,当激磁性能不能满足要求时需要增加保温时间,当损耗和激磁性能都不能满足要求时需要根据具体情况分析。具体解决方法如下:高温高湿环境下进行热处理需要进行增加预去湿以及加大氮气冲入量工序;带材越宽则热处理所需保温时间越长;重量越重保温时间越短;对铁芯保温期间的温度点进行控制等。 目前,国内各非晶合金铁心生产厂家在进行热处理时采用的方案是:对炉温进行闭环控制,而对铁心温度进行开环控制或者只是监控,这样并不能对铁心的温度的精确控制。 参考文献 [1] S.Yurekten, A.Kara, K. Mardikyan. Energy Efficient Green Transformer Manufacturing with Amorphous Cores[C]. International Conference on Renewable Energy Research and Applications Madrid, Spain, 20-23 October 2013. 作者简介 王书章(1988-),男,河南人,中级培训师,国网福建省电力有限公司管理培训中心中级培训师,从事电力技能培训工作。邹波(1987-),男,湖南人,中级工程师,江苏宏源电气有限责任变压器设计工程师,从事电力变压器的研究与设计工作。

非晶合金变压器

非晶合金变压器(amorphous alloy transformer)是二十世纪七十年代开发研制的一种节能型变压器。非晶合金变压器产品对于安全性、可靠性的要求特别高,具有典型的技术密集型特点。世界上最早研发非晶合金变压器的国家是美国,当时由美国通用电气(GE)公司承担了非晶合金变压器的研制项目。到上世纪八十年代末实现了商品化生产。由于使用了一种新的软磁材料——非晶合金,非晶合金变压器的性能超越了各类硅钢变压器。非晶合金变压器兼具了节能性和经济性,其显著特点是空载损耗很低,符合国家产业政策和电网节能降耗的要求,是节能效果最为先进,使用成本也较为经济的配电变压器产品。 外文名:amorphous alloy transformer 开发者:美国通用电气 开发时期:二十世纪七十年代 我们先从非晶材料(amorphous materials)说起,在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料, 一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温液体喷射到高速旋转的冷却辊上。合金液以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的合金液降到室温,形成非晶带材。 非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁基非晶合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。 2 应用历史 在对非晶材料有了初步的了解后,我们再来看一下非晶带材的一个非常具有前景的

非晶合金变压器变压器

1.超低损耗特性,省能源、用电效率高; 2.非晶金属材料制造时使用较低能源以及其超低的损耗特性,可大幅节省电力消耗及减少电厂发电量,相对的减少CO? SO?废气的排放,降低对环境污染及温室效应,免保养,无污染; 3.运转温度低、绝缘老化慢、变压器使用寿命长; 4.高超载能力,高机械强度; 5.非晶铁心在通过较高频率磁通时,仍具有低铁损及低激磁电流的特性而不致产生铁心饱和的问题,故以非晶铁心制成的SCRBH15型非晶合金变压器具有较好的耐谐波能力; 6.投资回收效益快。 三、技术参数 额定功率:50/60(KVA) 效率(η):100~1000 电压比:10000/400(V) 外形结构:立式 冷却方式:风冷式 防潮方式:灌封式 绕组数目:三绕组 铁心结构:非晶合金 冷却形式:干式 铁心形状:R型 电源相数:三相

频率特性:低频 型号:SCRBH15-200/10 S:三相变压器;B:低压为箔绕,就是用铜箔或铝箔绕指,而不是用铜线或铝线绕制;H:非晶合金变压器,铁心材料为非晶合金,不是传统的硅钢片;15:性能水平号,现在主流性能水平号为11,数字越高表示越节能;M:全密封波纹油箱,也就是说这是台油浸式变压器;500:容量为500kVA;10:电压等级为10kV,挂接于10kV线路. 1、S-三相变压器。 2、CR-非环氧树脂浇注的包封式干式变压器(有ABB的环氧树脂缠绕式和昆明赛格 3、迈的NOMEX绝缘材料制作的两种典型产品)。 4、B-用铜箔绕制的线圈。 5、H-非晶合金制作的铁心。 6、11-设计序号(其实代表损耗标准)按理讲用非晶合金制造的产品设计序号应该是15型(最新产品)。不知道为什么损耗还用老标准。 7、250-是变压器额定容量。 8、10-高压为10千伏,指电网电压,变压器进线的线电压。 9、0.4-低压是400伏,指变压器的输出的线电压。 变压器:变压器(Transformer)是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。在电器设备和无线电路中,常用作升降电压、匹配阻抗,安全隔离等。主要功能有:电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压(磁饱和

非晶合金设计

杨中地/齐齐哈尔新地变压器有限公司非晶合金变压器的设计计算 非晶合金变压器与硅钢片变压器不同的结构、制造工艺及相关参数的确定 1 引言 非晶合金变压器就是用非晶合金材料代替硅钢片制造变压器铁心。它与现行S9系列变压器相比空载损耗下降74%、空载电流下降45%。是否用非晶合金取代硅钢片制作变压器,关键是看谁更具价格优势。目前由于硅钢片价格不断上涨与非晶合金材料的价格差逐渐缩小,恰是推广非晶合金变压器的最好时机。对于非晶合金变压器,有的电力部门及变压器生产厂家对其了解较少,因此,下面从几个方面进行探讨。 2 非晶合金变压器的特点 非晶合金变压器最主要的特点是空载损耗和空载电流小,这都得益于采用了非晶合金材料做铁心。 2.1 非晶合金的制造工艺及特点 2.1.1非晶合金的制造工艺 非晶合金是将以铁、硼、硅、镍和碳(加碳后可提高饱和磁通密度)等为主的材料熔化后,在液态下以106 K/s的冷却速度,从合金液到金属薄片产品一次成形,其固态合金没有晶格、晶界存在,因此,称为非晶态合金,亦称非晶合金(金属原子都不按晶格排列叫非晶态)。非晶合金分为铁基非晶合金、铁镍基非晶合金和钴基非晶合金三大类。2.1.2非晶合金的主要特点 非晶合金的单位损耗和励磁特性大大低于硅钢片,主要特点有: (1)非晶合金没有晶格和晶界存在,因此,其磁化功率小,并具有良好的温度稳定性。由于非晶合金为无取向材料,故可采用直接缝,且可不分级,使制造铁心的工艺比较简单。 (2)非晶合金带材的厚度为0.02~0.03 mm,是硅钢片的1/10左右,因此,其涡流损耗很小。 (3)非晶合金的硬度是硅钢片的5倍,加工剪切比较困难,因此,在产品设计时应考虑尽量减少切割量。其表面不很平整,电阻率较高。 (4)非晶合金对机械应力非常敏感,无论是拉应力还是弯曲应力都会影响其磁性能,在变压器结构设计时需采取特殊的紧固措施,以减少铁心受力,应避免采用以铁心作为主支承重的结构设计方案。 (5)非晶合金的磁致伸缩度比硅钢片高约10%,因此不宜过度夹紧,这将直接增加变压器的噪声。 (6)非晶合金退火后的韧性和脆性(易碎)也是在变压器设计和制造过程中需考虑的问题。 由非晶合金上述的特点可知,采用非晶合金取代硅钢片来制造变压器虽然工艺略复杂,但可使空载损耗和空载电流大幅下降。 2.2 非晶合金变压器与传统变压器不同之处(1)非晶合金变压器铁心截面为矩形,所以,一、二次线圈均加工成圆角矩形,从而提高了导线的利用率。与采用多级圆形截面铁心相比,可节省

非晶合金变压器的优缺点

非晶合金变压器的优缺点 摘要:在工业化进程中,工业革命的不断发展,给人们的生产生活带来了无数的方便,但同时也给自然环境带来极端的破坏。人们已经渐渐认识到环境保护的重要性,并提出了环保、低碳生活的概念。非晶合金变压器的诞生,响应了社会的主流。本文主要介绍了非晶合金材料的特点,及非晶合金变压器性能上的优缺点。 关键词:非晶合金变压器优缺点 非晶合金变压器是高科技环保节能产品,其节能和环保作用已被国际所公认,也被国内电力系统、建设部门上下所认识。目前,产品在制造使用技术上的可行性已日趋成熟,在市场上获得了竞争优势。其高效能、美观环保的卓越特性赢得了广大用户的一致推崇和广泛好评,被誉为“当前世界电气潮流的高科技绿色产品”。 所谓非晶合金变压器,就是指用非晶合金制造成变压器铁芯,并组装成的变压器。 非晶合金是指,合金材料在制造过程中采用了超急冷凝固的技术,使得在材料的微观结构中,金属原子在从液体(钢水)固化成固体的过程中,原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化,而形成的原子结构无序排列的合金材料被成为非晶合金。非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能,它的去磁与被磁化过程极易完成。非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。此外非晶态合金材料,还被广泛地应用于电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中,例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。在第十个五年计划期间:我国的科技工作者必将在非晶态合金技术领域做出更加令世人瞩目的贡献。 以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。铁基非晶合金较硅钢材料铁芯损耗大大降低,达到高效节能效果。因而作为一种极其优良的导磁材料被引入变压器等需要磁路的产品中。 铁基非晶合金在工频和中频领域,正在和硅钢竞争。铁基非晶合金和硅钢相比,有以下优缺点。 1)铁基非晶合金的饱和磁通密度Bs比硅钢低。但是,在同样的磁通Bm 下,铁基非晶合金磁通损耗的量比0.23mm厚的硅钢小3%。一般人认为损耗小的原因是铁基非晶合金带材厚度薄,电阻率高。这只是一个方面,更主要的原因是铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界。因此,妨碍畴壁运动

非晶合金变压器设计

什么是非晶合金 我们先从非晶材料说起,在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料, 一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300℃的钢水降到200℃以下,形成非晶带材。 非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。 非晶合金铁芯变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器,它比硅钢片作铁芯变压器的空载损耗(指变压器次级开路时,在初级测得的功率损耗)下降80%左右,空载电流(变压器次级开路时,初级仍有一定的电流,这部分电流称为空载电流)下降约85%,是目前节能效果较理想的配电变压器,特别适用于农村电网和发展中地区等负载率较低的地方。 非晶合金变压器设计 非晶合金铁心配电变压器的最大优点是,空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值,是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时,除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外,同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。除此设计思路外,还须遵循以下三点要求: (1)由于非晶合金材料的饱和磁密较低,在产品设计时,额定磁通密度不宜选得太高,通常选取1.3~1.35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值。 (2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm,所以其叠片系数也只能达到82%~8 6%。 (3)为了使用户能获得免维护或少维护的好处,现把非晶合金配电变压器的产品,都设计成全密封式结构。 变压器非晶合金结构特点

非晶合金介绍

非晶合金介绍 发布时间:2012-9-22 阅读次数:139 字体大小: 【小】【中】【大】 铁基非晶合金(Fe-based amorphous alloys) 铁基非晶合金是由80%Fe及20%Si,B类金属元素所构成,它具有高饱和磁感应强度(1.54T),磁导率、激磁电流和铁损等各方面都优于硅钢片的特点,特别是铁损低(为取向硅钢片的1/3-1/5),代替硅钢做配电变压器可节能60-70%。铁基非晶合金的带材厚度为0.03mm左右,广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯, 适合于10kHz 以下频率使用 由于超急冷凝固,合金凝固时原子来不及有序排列结晶,得到的固态合金是长程无序结构,没有晶态合金的晶粒、晶界存在,称之为非晶合金,被称为是冶金材料学的一项革命。这种非晶合金具有许多独特的性能,如优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高的强度、硬度和韧性,高的电阻率和机电耦合性能等。由于它的性能优异、工艺简单,从80年代开始成为国内外材料科学界的研究开发重点。 在以往数千年中,人类所使用的金属或合金都是晶态结构的材料,其原子三维空间内作有序排列、形成周期性的点阵结构。 而非晶态金属或合金是指物质从液态(或气态)急速冷却时,因来不及结晶而在室温或低温保留液态原子无序排列的凝聚状态,其原子不再成长程有序、周期性和规则排列,而是出于一种长程无序排列状态。具有铁磁性的非晶态金合金又称铁磁性金属玻璃或磁性玻璃,为了叙述方便,以下均称为非晶态合金。 发展史 1960年美国Duwez教授发明用快淬工艺制备非晶态合金为始。其间,非晶软磁合金的发展大体上经历了两个阶段:第一个阶段从1967年开始,直到1988年。1984年美国四个变压器厂家在IEEE会议上展示实用非晶配电变压器则标志着第一阶段达到高潮,到1989年,美国AlliedSignal公司已经具有年产6万吨非晶带材的生产能力,全世界约有100万台非晶配电变压器投入运行,所用铁基非晶带材几乎全部来源于该公司。从1988年开始,非晶态材料发展进入第二阶段。这个阶段具有标志性的事件是铁基纳米晶合金的发明。1988年日本日立金属公司的Yashiwa等人在非晶合金基础上通过晶化处理开发出纳米晶软磁合金(Finemet)。1988年当年,日立金属公司纳米晶合金实现了产业化,并有产品推向市场。1992年德国VAC公司开始推出纳米晶合金替代钴基非晶合金,尤其在网络接口设备上,如ISDN,大量采用纳米晶磁芯制作接口变压器和数字滤波器件。 制作方法 1.水淬法 2.铜模吸铸法 3.铜模喷铸法 4.甩带 5.定向凝固 6.粉末冶金 7.高能球磨等

SH15-80010-0.4非晶合金变压器设计

摘要 本文介绍了非晶合金材料特性以及非晶合金变压器的发展现状、还描述了变压器一般的设计方法,其中着重讨论了变压器的铁芯设计、绝缘设计、绕组结构设计、绕组尺寸计算、阻抗计算、空载损耗及空载电流计算、负载损耗、温升计算等。并通过查询手册,选取合适参数与本设计进行比较,确定运用文中介绍方法设计完成的SH15-800/10-0.4箔式非晶合金变压器,在电气性能、节能效果等各方面性能均符合国家相关规定。文中变压器各部件图形及非晶合金铁心、高低压线圈图形均由AUTO CAD绘制完成。 关键词:SH15-800/10;非晶合金;变压器设计;电磁计算。

Abstract In this paper, the material properties of amorphous alloys, and the development of amorphous alloy transformer status quo, but also describes the general design method of the transformer, which focused on the transformer core design, insulation design, structural design of winding, winding size calculation, the impedance calculation, No-load loss and no-load current calculation, load loss, temperature rise calculation. Manual by inquiries, select the appropriate parameters to compare with the design to determine the use of text designed to introduce the completion of the SH15-800/10-0.4-type amorphous alloy foil transformers, electrical performance, and other energy-saving performance results are in line with the relevant provisions of the country. Text and graphics components transformer amorphous alloy core, high-low voltage coil graphics drawn by the completion of AUTO CAD. Keyword:SH15-800/10;Amorphous alloy;Transformer Design;Electromagnetic computing。

非晶合金变压器规格大全及保养

非晶合金变压器规格及技术参数 一、非晶合金变压器规格 1、KBSGZY-H-系列非晶合金矿用隔爆变压器 KBSGZY-H-系列介绍 树脂浇注非晶合金干式变压器是一种用非晶合金铁芯为导磁材料和薄层环氧树脂浇注来包封高,低压绕组的干式变压器。低压绕组采用铜箔绕制,高压线采用H及高强度漆包线和玻璃纤维加强的环氧树脂包封结构。具有优良的耐潮和抗裂性能。铁芯的非晶合金带卷制而成。 型号含义 执行标准 GB8286 -2005 《矿用隔爆型移动变电站》 正常使用条件

(1)海拔不超过1000米; (2)环境温度:最高气温+40℃;最高日平均气温+30℃ 最高年平均气温+20℃;最低气温-5℃ (3)空气相对湿度不超过95%(+25℃时); (4)在有甲烷混合气体和煤尘,且有爆炸危险的矿井中; (5)无强烈颠簸,震动和与垂直面的倾斜度不超过15°的环境; (6)无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及蒸气; (7)无滴水的地方; (8)电源电压的波形近似于正弦波; (9)三相电源电压近似对称。 性能特点 1.超低空载损耗比KBSG(ZY)型空载损耗减少约70~80%; 2.超低空载损耗及负载损耗特性,省能源,用电效率高,大量使用非晶合金变压器可大幅提高用电效率,减少不必要能源损耗及电厂设立。 3.环保,非晶合金材料制造时使用较低能源以及其超低损失特性,大幅节省电力消耗可减少电厂发电量,相对的减少SO2,CO2废气的排放,(本资料由山西鑫宇联(国内变压器生产龙头企业)提供,转载注明出处)降低对环境污染及温室效应 4.运行温度低,绝缘劣化小,变压器使用寿命长。非晶合金变压器损耗极低,产生热量少,温度上升慢,故整个变压器运行温度低,绝缘劣化缓慢,可靠性高,变压器寿命长。 5.投资回收效益快使用非晶合金变压器,初期投资虽然较高但因其高效率,省能源特性,在负载率80%的情况下其额外的投资将在数年内回收,并在其因为使用者节省可观的电费支出。 主要技术参数 6000V技术参数表

非晶合金变压器的优缺点

非晶合金变压器的优缺点 非晶合金变压器的优缺点 摘要:在工业化进程中,工业革命的不断发展,给人们的生产生活带来了无数的方便,但同时也给自然环境带来极端的破坏。人们已经渐渐认识到环境保护的重要性,并提出了环保、低碳生活的概念。非晶合金变压器的诞生,响应了社会的主流。本文主要介绍了非晶合金材料的特点,及非晶合金变压器性能上的优缺点。 关键词:非晶合金变压器优缺点 中图分类号:TM41 文献标识码:A 文章编号: 非晶合金变压器是高科技环保节能产品,其节能和环保作用已被国际所公认,也被国内电力系统、建设部门上下所认识。目前,产品在制造使用技术上的可行性已日趋成熟,在市场上获得了竞争优势。其高效能、美观环保的卓越特性赢得了广大用户的一致推崇和广泛好评,被誉为“当前世界电气潮流的高科技绿色产品”。 所谓非晶合金变压器,就是指用非晶合金制造成变压器铁芯,并组装成的变压器。 非晶合金是指,合金材料在制造过程中采用了超急冷凝固的技术,使得在材料的微观结构中,金属原子在从液体(钢水)固化成固体的过程中,原子来不及排列成常规的晶体结构就被固化,而形成的原子结构无序排列的合金材料被成为非晶合金。非晶合金材料被发现具有非常优异的导磁性能,它的去磁与被磁化过程极易完成。非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。此外非晶态合金材料,还被广泛地应用于电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中,例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。在第十个五年计划期间:我国的科技工作者必将在非晶态

非晶合金变压器及其节能效果分析

- -72 2010年第16期(总第151期) NO.16.2010 (CumulativetyNO.151) China Hi-Tech Enterprises 摘要:文章主要介绍了非晶合金变压器的特点和性能,对其在实际应用中的节能效果进行了分析,指出了其节能效果 显著的特征,以期能大范围推广将有广阔的发展前景。关键词:非晶合金;变压器;节能硅钢片;节能效果评价中图分类号:TM714 文献标识码:A 文章编号:1009-2374 (2010)16-0072-03非晶合金变压器及其节能效果分析 罗王琼 (陕西汉中供电局,陕西 汉中 723000) 变压器是根据电磁感应原理制造和工作的一种变电设备,主要通过导磁磁路系统完成电能传输,导磁材料的性能直接影响变压器的经济技术指标,非晶合金材料在此基础上迅速发展。材料一般分为晶态材料和非晶态材料。晶态材料是指材料内部的原子遵循一定规律排列。反之,原子处于无规则排列状态则为非晶态材料。非晶合金就是指合金熔化后,采用超级冷却技术,迅速使之冷却,金属原子还来不及重新排列被凝固住呈结晶状态,由此产生非晶态合金。非晶合金变压器是利用非晶合金材料代替传统的硅钢片制造变压器,非晶合金材料的突出特点是铁磁损耗低,所以非晶合金变压器的空载损耗低,与S9系列变压器相比空载损耗下降70%~80%、空载电流下降40%~60%,负载损耗下降20%~30%,还可减排CO、SO 等有害气体,其节能、降耗特点被人们誉为“绿色材料”。 一、非晶合金变压器特点简述 非晶合金变压器80年代起逐步在美国、逐步在日本及欧洲国家推广,并于90年代开始少量进入我国用于电网试运行,非晶合金铁心片厚度极薄,仅0.025~0.03mm,不到常用硅钢片的1/10;叠片系数较低,只有0.86;带材有142、170、 213mm 3 种宽度。非晶合金的饱和磁通密度较低, 单相变压器一般取1.3~1.4T,三相变压器一般取1.25~1.35T。非晶合金的硬度较大,是取向硅钢片的5倍,因此,加工剪切很困难。非晶合金在成材过程中急速冷却和卷绕铁心时会产生应力,为了获得良好的损耗特性,非晶合金铁心成型后必须在一定的磁场条件下进行退火处理。非晶合金铁心配电变压器外形与其他油浸变压器相同,不同之处在于它是由4个用非晶合金带材卷制的铁芯框叠放在一起,构成三相五柱式结构,采用Dyn11接线组别,最突出优点是空载损耗值特低(见表1),但也有人认为,运行后的非晶合金铁心变压器的空载损耗会呈增加趋势,经美国电力研究院、日本东京电力公司和我国有关部门研究,发现运行数年后的非晶合金变压器空载电流和空载损耗与交付试验时的极为接近。 当然,非晶合金变压器与硅钢变压器相比,也有欠缺的方面,例如噪音较大。铁心片的磁滞伸缩现象是产生变压器噪声的主要原因,这与铁心的尺寸和磁通密度有关系。另一原因是非晶合金铁心变压器与同规格传统铁心变压器相比,其 铁心质量大40%左右,有效截面积大50%以上,在一定程度 上会使变压器噪声增大,经实测噪声大于普通变压器5~10个分贝,约为50~66dB。 表1 非晶合金变压器与S9系列油浸配电变压器主要理论参数比较 额定容量(kVA)空载电流%空载损耗(kW)S9非晶合金S9非晶合金50 2.00.70.170.034100 1.60.70.290.06160 1.40.50.40.08200 1.30.50.480.1315 1.10.40.670.14400 1.00.40.80.17500 1.00.40.960.26300.90.3 1.20.248000.80.3 1.40.31000 0.7 0.3 1.7 0.34 二、非晶合金变压器节能效果 (一)配电变压器节能降损理论计算 变压器的功率损耗,包括有功功率损耗ΔP 和无功功率损耗ΔQ 。 变压器节能降损的优化计算分别考虑有功损耗最小、无功损耗最小、综合功率损耗最小的三种情况。如用户以节约有功电量为主,则按有功经济运行进行优化计算;如以提高功率因数为主,则按无功经济运行进行优化计算;如两者兼顾或以降低系统线损为主,则按综合功率经济运行进行优化计算。 配电网运行时一般采用无功补偿措施,由变压器的无功引起的实际损耗并不大,功率因数比较高(实侧数据功率因数均在0.9以上),所以可不考虑变压器的无功当量损耗,即按有功损耗最小进行分析计算。 包括空载损耗P 0和负载损耗P k , 即不变损耗和可变损耗,也称为铁损和铜损。 有功功率损耗ΔP 为: ΔP =P 0+K t β2P k (1)有功功率损耗率ΔP %为: 2020%100% cos t k N t k P K P P S P K P ββ?β+Δ=×++

SH15-2500KVA非晶合金变压器 19

SH15-2500KV A非晶合金变压器是采用新型导磁材料——非晶合金带材来制作铁心的新型高效节能变压器。非晶合金变压器的最突出的特点就是空载损耗和空载电流非常小,SH15型非晶变比用硅钢片作为铁心的S9型变压器空载损耗下降70%以上,空载电流下降约80%,是目前节能效果非常好的配电变压器。是符合国家经委、计委颁布的《中国节能技术大纲》精神的理想电气产品。自1982年美国通用电气公司研制的非晶配电商业投运以来,这二十多年来非晶变已经在国内、国外电网上普遍运行了。 SH15-2500KV A/10KV非晶合金变压器主要分类 按照非晶合金变压器的结构组成、功能特点以及适用领域,目前非晶合金变压器主要分类如下:三相油浸式非晶合金变压器、单相油浸式非晶合金变压器、地埋式非晶合金变压器、非晶合金路灯变压器、箱式非晶合金变压器、干式非晶合金变压器、风力发电用非晶合金变压器、光伏发电用非晶合金变压器等等。 正常使用条件 海拔不超过1000m 户内或户外 最高环境气温度+40℃最高日平均温度+30℃ 最高年平均温度+20℃最低气温-25℃ 地震烈度:8度 污秽等级:Ⅲ级 根据用户要求可提供在特殊使用条件下运行的变压器。(海拨超过1000m高的每超过100m其额定短时外施耐压值将提高1%,因此绝缘距离也将随着海拨高度的增加而增大,这样就会相应的增加制造成本。而在地震高发区或严重污秽的地方,因为要增加一些特殊处理,也会因此增加制造成本。) SH15-2500KV A/10KV变压器执行标准 a. GB 1094.1-1996 电力变压器第1部分:总则 b. GB 1094.2-1996 电力变压器第2部分:温升 c. GB 1094.3-2003 电力变压器第3部分:绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙 d. GB 1094.5-2008 电力变压器第5部分:承受短路的能力 e. JB/T 10318-2002 油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求 f. GB /T 6451-2008 油浸式电力变压器技术参数和要求 g. JB/T 10088-2004 6kV-500kV级电力变压器声级 型号含义 S(B)H 15 – M –□ / □ 电压等级(kV) 额定容量(kV A) 密封式油箱 性能水平代号 非晶合金铁心

非晶合金变压器技术规范书

非晶合金变压器技术规范书-标准化文件发布号:(9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

河南移动公司三门峡分公司非晶合金变压器技术规范书 2014年6月

第一部分工程要求 目录 1. 概述 2. 供货及服务内容 3. 技术服务要求

1.概述 1.1本部分为河南移动三门峡分公司购买所需非晶合金电力变压器招标文件的工程要求部分。 1.2报价的设备必须符合本招标书技术要求部分的所有要求,如有异于技术部分的地方应论述其理由。 1.3投标方应用中文提供满足本文件要求的详细建议书。建议书必须对本文件技术要求逐条明确应答。如果有必要,可给出详细的技术数据。 2.供货及服务内容 2.1本工程采购2台1600k V A非晶合金电力变压器。 2.2设备采购具体技术要求见标书技术要求部分。 2.3要求投标方为本工程提供至少以下技术服务: ……设备安装督导和验收测试; ……工厂检验; ……培训; ……供电部门图纸审查。 3.技术服务要求 3.1投标方安装督导和验收测试 3.1.1投标厂家应提供工程服务计划及设备安装督导人员。并应提供工程服务承诺,保证安装督导不出现一次离岗情况。 3.1.2投标方所进行的安装督导、验收测试的内容及要求见标书技术要求部分;

3.1.3安装督导所发生的费用、投标方代表往返机票和到工程所在地的交通、食宿费用等均由投标方负责。 3.2工厂检验、培训 3.2.1招标方代表的往返机票及在设备产地的交通、食宿等费用均由投标方负 3.2.2需至少提供3*5人天的免费厂验培训计划及不定时的现场培训计划; 3.3入网保证函 生产企业需保证供货的所有设备都能通过电业部门备案及入网,且不影响正常工期。期间产生的一切与设备入网备案有关的费用由生产企业承担。因设备问题而与当地供电单位协调引起的到货、安装、调试等出现的延迟、无法入网等问题,所有责任均由投标方负责。投标人设备到达现场且当地供电部门认定设备满足入网条件后,支付到货款。如投标人中标后不能使设备按时入网,则投标人本次投标将被认定为无效,招标人将取消与投标人签订的合同并不支付到货款,同时投标人需对招标人耽误的工期进行赔偿。该保证函不受时间限制,直至向招标人提供的所有设备送电为止。 3.4售后服务:投标方应在河南设立办事处,并详细阐述维保体系、备品备件等情况。 3.5保修期:见商务部分 3.6供电部门图纸审查

非晶合金变压器介绍

非晶合晶产品介绍

SH15 产品简介 SH15系列非晶合金全封闭变压器,是划时代的技术跨世纪的“绿色”产品铁基非晶合晶铁芯具有高饱和磁感应强度、低损耗(相当于硅钢片的1/3-1/5)、低矫顽力、低激磁电流、良好的温度稳定性等特点,用非晶合晶铁芯制造的变压器,其空载损耗较用硅钢的S9产品系列下降70-80% 其空载损耗较用硅钢的S11产品系列下降40-50%。 非晶合金是一种新型节能材料,采用快速急冷凝固生产工艺,其物理状态表现为金属原子呈无序非晶体排列,它与硅钢的晶体结构完全不同更有利于被磁化和去磁。 这种新材料用于变压器铁芯,当变压器运行时每秒100-120次的去磁和被磁化过程相当容易,从而大幅度降低了铁芯的空载损耗,若用于油浸变压器还可减排CO2 SO2 NOX 等有害气体,被称为二十一世纪的“绿色材料” SH15型非晶合金产品,铁芯采用单框或三相五柱卷铁芯,铁芯夹紧采用薄板成型框结构,低压线圈为箔绕式,使之损耗低,抗短路能力强、结构先进合理,总体性能指标达到世界先进水平。

非晶合晶的产品特点 1.电力变压器用非晶材料的特性及铁芯制作的特点 1.美国Metglas公司生产的2605SA1即为适用于供 电,配电变压器用的非晶带材,为铁基、低损耗 类非晶材料。目前我国国内电力变压器用非晶材 料都是此公司的的该种带材,其具有主要特性如 下: 铁基非晶合金铁芯特性 2.电力变压器用铁芯制作特点 一.电力变压器用带材通常只有3种宽度:142mm 170mm 213mm 故铁芯设计时要根据上述带

材宽度选取,窗口尺寸可自行设计。二.带材以卷料形式供货,由15张同时卷绕成圈,带材硬度很高(维成900):只能横切不能纵剪。 三.专用剪切线下料,根据铁芯的窗口尺寸及外形尺寸编程并自动下料。 四.铁芯需手工成型,并退火处理,退火时需加励磁电流。 五.退火后的铁芯需用环氧树脂固定成型才能使用。

非晶合金变压器技术规范书

河南移动公司三门峡分公司非晶合金变压器技术规范书 2014年6月

第一部分工程要求 目录 1. 概述 2. 供货及服务内容 3. 技术服务要求

1. 概述 1.1 本部分为河南移动三门峡分公司购买所需非晶合金电力变压器招标文件的工程要求部分。 1.2 报价的设备必须符合本招标书技术要求部分的所有要求,如有异于技术部分的地方应论述其理由。 1.3 投标方应用中文提供满足本文件要求的详细建议书。建议书必须对本文件技术要求逐条明确应答。如果有必要,可给出详细的技术数据。 2. 供货及服务内容 2.1 本工程采购2台1600kVA非晶合金电力变压器。 2.2 设备采购具体技术要求见标书技术要求部分。 2.3 要求投标方为本工程提供至少以下技术服务: ……设备安装督导和验收测试; ……工厂检验; ……培训; ……供电部门图纸审查。 3. 技术服务要求 3.1 投标方安装督导和验收测试 3.1.1 投标厂家应提供工程服务计划及设备安装督导人员。并应提供工程服务承诺,保证安装督导不出现一次离岗情况。 3.1.2 投标方所进行的安装督导、验收测试的内容及要求见标书技术要求部分;

3.1.3 安装督导所发生的费用、投标方代表往返机票和到工程所在地的交通、食宿费用等均由投标方负责。 3.2 工厂检验、培训 3.2.1 招标方代表的往返机票及在设备产地的交通、食宿等费用均由投标方负 3.2.2 需至少提供3*5人天的免费厂验培训计划及不定时的现场培训计划; 3.3 入网保证函 生产企业需保证供货的所有设备都能通过电业部门备案及入网,且不影响正常工期。期间产生的一切与设备入网备案有关的费用由生产企业承担。因设备问题而与当地供电单位协调引起的到货、安装、调试等出现的延迟、无法入网等问题,所有责任均由投标方负责。投标人设备到达现场且当地供电部门认定设备满足入网条件后,支付到货款。如投标人中标后不能使设备按时入网,则投标人本次投标将被认定为无效,招标人将取消与投标人签订的合同并不支付到货款,同时投标人需对招标人耽误的工期进行赔偿。该保证函不受时间限制,直至向招标人提供的所有设备送电为止。 3.4 售后服务:投标方应在河南设立办事处,并详细阐述维保体系、备品备件等情况。 3.5 保修期:见商务部分 3.6 供电部门图纸审查

非晶合金变压器规格大全及维修保养常识

非晶合金变压器规格大全及保养 一、非晶合金变压器规格 1、KBSGZY-H-系列非晶合金矿用隔爆变压器 KBSGZY-H-系列介绍 树脂浇注非晶合金干式变压器是一种用非晶合金铁芯为导磁材料和薄层环氧树脂浇注来包封高,低压绕组的干式变压器。低压绕组采用铜箔绕制,高压线采用H及高强度漆包线和玻璃纤维加强的环氧树脂包封结构。具有优良的耐潮和抗裂性能。铁芯的非晶合金带卷制而成。 型号含义

执行标准 GB8286 -2005 《矿用隔爆型移动变电站》 正常使用条件 (1)海拔不超过1000米; (2)环境温度:最高气温+40℃;最高日平均气温+30℃ 最高年平均气温+20℃;最低气温-5℃ (3)空气相对湿度不超过95%(+25℃时); (4)在有甲烷混合气体和煤尘,且有爆炸危险的矿井中; (5)无强烈颠簸,震动和与垂直面的倾斜度不超过15°的环境; (6)无足以腐蚀金属和破坏绝缘的气体及蒸气; (7)无滴水的地方; (8)电源电压的波形近似于正弦波; (9)三相电源电压近似对称。 性能特点 1.超低空载损耗比KBSG(ZY)型空载损耗减少约70~80%; 2.超低空载损耗及负载损耗特性,省能源,用电效率高,大量使用非晶合金变压器可大幅提高用电效率,减少不必要能源损耗及电厂设立。 3.环保,非晶合金材料制造时使用较低能源以及其超低损失特性,大幅节省电力消耗可减少电厂发电量,相对的减少SO2,CO2废气的排放,(本资料由山西鑫宇联(国内变压器生产龙头企业)提供,转载注明出处)降低对环境污染及温室效应 4.运行温度低,绝缘劣化小,变压器使用寿命长。非晶合金变压器损耗极低,产生热量少,温度上升慢,故整个变压器运行温度低,绝缘劣化缓慢,可靠性高,变压器寿命长。 5.投资回收效益快使用非晶合金变压器,初期投资虽然较高但因其高效率,省能源特性,在负载率80%的情况下其额外的投资将在数年内回收,并在其因为使用者节省可观的电费支出。 主要技术参数 6000V技术参数表 10000V技术参数表

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