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高效节能非晶合金配电变压器的新进展 |
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| 高效节能非晶合金配电变压器的新进展 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:00:54  |
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陈国钧，王成德，陈殿金，吕 键
首钢冶金研究院，北京 100085
文献[1]、[2]中已全面介绍了高效节能非晶合金配电变压器（AMDT）在世界各国的发展概况。文献[1]中对我国生产的AMDT的性能、节能效果和经济效益作了估算，本文就最新情况作一补充。
日本的取向SiFe牌号多，性能高。从上世纪70年代以前使用普通取向SiFe(CGOZ级)，发展到80年代的高取向Hi-B SiFe（ZH级），到90年代的热稳定细畴高取向SiFe（ZDMH级），利用各种技术手段如添加有利取向的夹杂、张力涂层、
降低钢带厚度、磁畴细化等使取向SiFe的铁损越来越低。图1给出了这三类取向SiFe与铁基非晶合金的铁损比较。因此，在日本除用CGO做铁芯的标准型变压器（SiFeDT）外，还有用Hi-B高取向SiFe做的高效节能变压器（SiFeDT-Ⅰ型），用细畴高取向SiFe做的超高效节能变压器（SiFeDT-Ⅱ型）以及用非晶合金做的超高效节能AMDT。
我国现在有二种配电变压器（DT）：一种是用CGO做铁芯的标准型SiFeDT（现在推广使用的是S9型），另一种是用非晶合金做铁芯的AMDT。
表1列出了以三相1000kVA为例的各类变压器损耗比较，可知日本的AMDT无论在负荷率（β）高或低的情况下，可比标准型SiFeDT损耗
降低一半以上，在β=30%时AMDT为最佳。我国的AMDT与S9型标准SiFeDT相比，效果比日本的差，在β=60%时损耗仅下降约20%，在β=30%时损耗才降低近一半。图2给出了日本高效SiFeDT-Ⅰ和超高效SiFeDT-Ⅱ及AMDT的效率比较[3]。
表2列出了中、日、美AMDT的性能比较，可见我国AMDT的空载损耗（P0）与日、美基本相同，但负载损耗（Pk）由于与标准型SiFeDT一样[1]，故比日、美的大很多。这就是造成表1中我国AMDT节能效果不如日本的原因。
表3列出了中、日两国三相1000kVA AMDT的性能、年节电量和环保效果。无论是年节电量或年减少CO2排放量（温室气体），我国的AMDT都要差些，而且由于我国的AMDT和SiFeDT的Pk相同，故年节电量和减少CO2排放量都与负荷率无关。
图3给出了日本各种油浸变压器的综合成本（即总拥有费用TOC）的最新比较[4，5]。初始投资费用的回收年限为：SiFeDT-Ⅰ型约4年，SiFe-DT-Ⅱ型约7年，而文献[9]中给出的AMDT约5.6年。我国的AMDT（SH-M型）的回收年限见图4，它只与初始价格有关：对1000kVA的AMDT，在1.3倍价（比S9型）时为4.77年；1.2倍价时2.99年。对100kVA的AMDT，在1.3倍价时为5.82年；1.2倍价时为3.62年。由于Pk相同，上述回收年限就与负荷率（β）的大小无关，都为此值[10]。
文献[11]中报导我国已有单位用国产Fe基非晶合金（价格为38元/kg）做油浸式三相10～630
kVA的AMDT，其价格可为1.25倍；做干式三相100～630kVA的AMDT，其价格可达1.20倍。AMDT的初始投资（价格）对其推广应用有很大影响。我国有关部门规定：凡节能产品，其初始投资的超额部分（比老产品）的回收年限不应超过5年，最长不超过7年，因此才有AMDT的价格必须≤1.3倍SiFeDT（S9型）价格之要求。
在日本情况似有不同，为贯彻1997年京都会议（COP3）对减少温室气体（GHG）排放量的要求，日本政府制定了推广应用AMDT的许多规定[9]，最近[4]又出台了“能源结构改革投资促进税制”。在一定条件下，对包括AMDT在内的高效和超高效节能变压器的价格补偿、退税等做了较具体的规定。日本超高效节能SiFeDT-Ⅱ和AMDT的价格可能是标准SiFeDT的1.5倍以上[4，9]。
AMDT发明至今已有二十余年历史，其铁芯材料——Fe基（Fe-Si-B系）非晶态合金也在不断改进：最早用2605SC合金，1980年以后改用2605S2，1991年后又改称为2605TCA（TCA即是变压器铁芯合金之意），1997年又发展为2605SA1。这些合金的成分和性能变化见表4。
对Fe-Si-B系非晶合金的磁性、脆性、表面晶化和光洁度与主成分、微量添加元素、合金纯度、急冷速率、热处理工艺等因素的关系已有深入了解[12～18]。这里须指出的是，2605SA1的成分是Fe80Si9B11，在文献[12]中提出的是美国1999年专利[19]给出的。实际上我们在1993年对外国在华申请AMDT专利的调查[20]中，已发现Allied-signal公司于1991年2月申请的CN1054101A专利中已指出Fe80 Si9B11合金具有最佳的综合性能（Bs值、铁损、激磁功率和脆性），只是没有正式定牌号。
最近日本下一代金属复合材料研究开发协会宣布开发出铁损仅为普通硅钢铁损十分之一（即0.1W/kg）的超低损耗Fe-Nb-B系合金，用于做DT不仅节能、降噪、有利于环保（少放温室气体），而且对成本及制造工艺也有利[21]。我们估计它即是Nanoperm型纳米软磁合金[22，23]。这种材料Bm可达到1.45T，时效性能更好（比260532），是目前软磁合金领域中综合性能最好的高技术新材料，在高频应用可与Fe-Ni系晶态坡莫合金、Co基非晶合金、软磁铁氧体竞争，在低频应用可与硅钢、Fe基非晶合金竞争。有关的性能参数也列于表4中，工频下的损耗对比见图5。
这样看来，DT的铁芯材料将从晶态取向硅钢→Fe基非晶态合金→Fe基纳米合金。变压器也将从SiFeDT→AMDT→NanoDT。这种NanoDT是否能大规模生产应用，人们可以拭目以待。
最后，有两个动向值得注意：文献[24]中指出Fe基非晶合金除做DT铁芯外，在干式变压器、整流、逆变变压器、饱和电抗器、稳压器等低频领域还有广泛应用。文献[25]报导用非晶铁芯做的超导变压器（100kVA、三相440/220V），其铁损为11.6W，总损耗≤20W。
参考文献
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