變壓器是根據電磁原理而制造的一種輸變電設備，導磁磁路系統是變壓器的一個主要部分。導磁材料的性能直接影響變壓器的技術經濟指標。

　　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磁材料，鐵芯是卷鐵芯結構。1903年出現熱軋硅鋼片，鐵芯結構改為疊片式，空載損耗降低50%以上。1935年美國阿爾姆柯公司向市場供應冷軋硅鋼片。1964年日本發明高導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厚經激光照射或等離子處理的高導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首先從金和硅合金中發現另一種導磁的非晶合金，1974年美國聯信公司研制出鐵基非晶合金，1974年美國GE公司發現它有較低單位損耗(1.5T60Hz下的單位損耗為0.44W/kg)。

　　從此，變壓器行業開始注意非晶合金作為配電變壓器導磁鐵芯的材料。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。目前，非晶鐵芯三相配電變壓器的*大容量已達2500kVA。非晶鐵芯變壓器的投網運行，已獲得可觀的節能效果。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，一年可節電100億kWh以上。同時，還可帶來良好的環保效益，少向大氣排放CO2、SO2，減少核廢料。

　　所以，推廣發展非晶鐵芯配電變壓器不但有良好的節能效益(同容量配電變壓器的空載損耗可下降70%～80%)，而且還有環保效益。建議國家電力公司應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厚的一種導磁材料，故設計成卷鐵芯結構是*佳的結構方案。一般，單相變壓器的卷鐵芯結構是一個框，三相變壓器的卷鐵芯結構是由四個框合并成類似三相五柱式結構。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，長寬比的選擇應使導線平均匝長與非晶合金重量為*優參數。

　　由于非晶合金的壓力敏感性，成形后鐵芯應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*好的性能，非晶合金具有交錯接縫的卷鐵芯都以標準尺寸并經磁場下退火后由專業廠供貨的。

　　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構，所以，用這種疊放式結構，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構，每個相繞組套在磁路獨立的兩框上，每個框內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則與運行時額定磁通密度選用值有關。一個繞組內兩個卷鐵芯框內三次諧波磁通正好在相位上相反，數值上相等。因此，整個每一組繞組內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，在感應出的二次側電壓波形上就不會有三次諧波電壓分量。當然，每個框內的空載損耗還是會受到各自框內三次諧波磁通的影響。

　　根據上面分析，三相配電變壓器采用非晶鐵芯獲得節能與環保效益的結構方案將是：四框鐵芯組成三相五柱結構，非晶鐵芯是經退火且有交錯鐵軛接縫的結構，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構，是較好的配合。

　　二、非晶鐵芯的設計參數

　　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，*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。

　　傳統的配電變壓器都采用單同心結構，即低壓繞組：高壓繞組是內外布置。為了減少非晶合金用量，可采用雙同心結構，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。將雙同心繞組結構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計成全密封式結構，使油浸式配電變壓器內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上，經非晶合金鐵芯配電變壓器的實際突發短路試驗證明，這個結構配合措施是正確的，而且是必須的。

　　如果在組合式變壓器內(國內簡稱箱變)的鐵芯也由非晶合金按上述結構方案制成，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展前途。

　　三、人們對非晶合金鐵芯擔心的一些問題是不成立的

　　在非晶合金鐵芯發展過程中，人們對非晶合金曾擔心過一些問題：

　　1、非晶鐵芯變壓器出廠后經一般運行時間，非晶會不會晶化，空載損耗會不會經運行而呈增加趨勢。

　　應該說，這種擔心是沒有必要的，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，短路熱穩定溫度都已是足夠高的值，所以對晶化的擔心在實際上是不存在的。

　　2、非晶鐵芯的磁致伸縮要較傳統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。從同規格變壓器不同導磁材質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。

　　四、結 論

　　綜上所述，三相2500kVA及以下三相配電變壓器采用非晶合金作為鐵芯的導磁材料，不單有節能效益，而且有環保效益。非晶合金又是在退火后按標準尺寸供貨，變壓器制造廠不多增加鐵芯加工生產線，所以，在推廣上不應有難題。在合理的設計的參數與合理的繞組與鐵芯配合結構下，會獲得合理的非晶合金變壓器價格，對國家而言，這是節能的重大措施。根據國內外經驗，非晶鐵芯不但可用于配電變壓器，還可推廣到組合式變壓器(即箱變)不但可用于油浸式配電變壓器，還可用于樹脂澆注式干式變壓器，不但可用于工頻變壓器，還可用于中頻變壓器。如將非晶合金推廣延到超微晶合金，使飽和磁密度降到1.25T左右，使起始導磁率提高。這將是測量級電流互感器的*理想導磁材料，比坡莫合金的價格要便宜得多，性能比坡莫合金還要好些。

　　所以，非晶導磁材料應列重大舉措而被廣泛應用于變壓器制造行業。國家電力公司也應推廣非晶鐵芯配電變壓器在城鄉電網系統發展與改造中大量應用，以獲得節能與環保的雙效益。
來源：安徽機械網