101-新型節(jié)能非晶合金鐵芯變壓器設(shè)計(jì)方案

新型節(jié)能非晶合金鐵芯變壓器設(shè)計(jì)方案目 錄摘 要 11 緒論 31.1 引言 31.2 課題背景 41.3 美國(guó)非晶合金變壓器研制情況 51.4 日本非晶合金變壓器研制情況 71.5 其他國(guó)家非晶變壓器研制情況 81.6 我國(guó)非晶合金變壓器研制情況 92 我廠非晶合金變壓器研制情況 152.1 變壓器原理 152.2 變壓器的主要參數(shù) 162.2.1 額定電壓 162.2.2 額定容量 172.2.3 額定電流和頻率 172.2.4 空載電流和空載損耗 182.2.5 阻抗電壓和負(fù)載損耗 182.2.6 磁密選取 192.3 非晶合金材料 192.3.1 非晶合金材料概況 192.3.2 非晶合金的分類 212.3.3 非晶合金的物理性能和化學(xué)性能 222.3.4 非晶態(tài)合金的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 232.3.5 非晶合金的應(yīng)用 242.4 非晶合金鐵芯變壓器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 2512.4.1 鐵芯結(jié)構(gòu)252.4.2 252.4.3 絕緣結(jié)構(gòu)272.4.4 生產(chǎn)非晶合金鐵芯變壓器的技術(shù)難點(diǎn)及相應(yīng)工藝保證措施272.4.5 非晶合金鐵芯性能特點(diǎn) 282.4.6 變壓器效率的計(jì)算 332.4.7 我廠產(chǎn)品展示352.5 我廠非晶合金變壓器實(shí)測(cè)情況 363非晶合金變壓器的實(shí)用效益分析 373.1 降損經(jīng)濟(jì)效益403.1.1 實(shí)測(cè)經(jīng)濟(jì)性分析 403.1.2 推廣性分析413.2 投資回收分析433.3 靜態(tài)投資回收年限 433.4 動(dòng)態(tài)投資回收年限 44結(jié)論44參考文獻(xiàn)44摘 要變壓器是電力系統(tǒng)必不可少的設(shè)備之一， 其性能的改進(jìn)幾乎全部依靠所用的材料的2更新，以及絕緣結(jié)構(gòu)、線圈結(jié)構(gòu)、鐵芯結(jié)構(gòu)的變革。變壓器效率的提高，完全是由于使用較低鐵芯損耗的磁性材料，這種新型節(jié)能材料就是非晶合金材料。在我國(guó)推廣應(yīng)用非晶合金鐵芯配電變壓器對(duì)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)有著重大意義。 非晶材料生產(chǎn)過程節(jié)能 70%，非晶變壓器空載損耗減少 是雙節(jié)能產(chǎn)品。據(jù)專家測(cè)算，相同規(guī)格的硅鋼變壓器與非晶變壓器的市場(chǎng)價(jià)格之比已由數(shù)年前的 2回落到目前的1.3策，發(fā)展正逢其時(shí)[1]。因此，研制新型節(jié)能的非晶合金鐵芯變壓器具有重要意義。本文結(jié)合多年來各國(guó)關(guān)于非晶合金鐵芯變壓器的研究結(jié)果，通過技術(shù)人員的不斷努力，再加上近年來的一些實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，終于研制出一系列適合我廠實(shí)際情況的非晶合金變壓器，。鐵芯技術(shù)經(jīng)濟(jì)性緒論引言變壓器是電力系統(tǒng)必不可少的設(shè)備之一， 其性能的改進(jìn)幾乎全部依靠所用的材的更新，以及絕緣結(jié)構(gòu)、線圈結(jié)構(gòu)、鐵芯結(jié)構(gòu)的變革。變壓器效率的提高，是由于使用3PAGEPAGE10較低鐵芯損耗的磁性材料。初期制造變壓器鐵芯材料，曾經(jīng)使用過軟薄鋼片和金屬絲，但存在損耗大，時(shí)效差等問題。在本世紀(jì)初，英國(guó)啥德菲爾德 (Haefield)研制成硅鋼薄片，1903德國(guó)和美國(guó)繼研究成功熱軋無取向電工鋼片，在 50Hz、1.5T下單位損耗3.5W/Kg，使變壓器鐵芯材料獲得突破性進(jìn)展，此后 1934年美國(guó)高斯研制成冷軋取向電工硅鋼片，并取得了專刊，單位損耗降到2.2W/Kg通過特定的冷軋和退火工藝， 將結(jié)晶軸調(diào)整到軋制方向排列，這種冷軋硅鋼片大大提高了材料的性能，飽和磁通密度提高了 磁導(dǎo)率提高 倍1960年，日本開始進(jìn)一步改善和發(fā)展高導(dǎo)磁冷軋晶粒取向硅鋼片， 使單位損耗下降至0.74W/Kg。經(jīng)過一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，導(dǎo)磁材料單位損耗不斷降低，變壓器空載損耗亦隨之下降，圖1.1表示了150KVA變壓器從五十年代到九十年代鐵芯損耗下降了一半還多。近年來，國(guó)內(nèi)外各方面專家對(duì)非晶合金材料及非晶合金鐵芯的變壓器 (以下簡(jiǎn)稱晶變壓器)開展了廣泛的研究和討論，其目的是如何進(jìn)一步降低變壓器損耗，特別是配電變壓器空載損耗的可能性及非晶變壓器運(yùn)行的可靠性 [2]。圖1.1 150KVA 變壓器鐵芯損耗變化歷程課題背景在我國(guó)推廣應(yīng)用非晶合金鐵芯配電變壓器對(duì)節(jié)能和環(huán)境保護(hù)有著重大意義。 非晶材料生產(chǎn)過程節(jié)能 70%，非晶變壓器空載損耗減少 是雙節(jié)能產(chǎn)品，據(jù)專家測(cè)算，相同規(guī)格的硅鋼變壓器與非晶變壓器的市場(chǎng)價(jià)格之比已由數(shù)年前的 2回落到目前的以下。非晶變壓器如果突破原材料供應(yīng)制約瓶頸，加之又符合國(guó)家倡導(dǎo)的“節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境，建設(shè)節(jié)約性社會(huì)”的產(chǎn)業(yè)政策，發(fā)展正逢其時(shí)。一位電器行業(yè)的專家曾做過這樣的分析，我國(guó)年均生產(chǎn)配電變壓器約2.4KVA30%改用非晶材料，年生產(chǎn)非晶變壓器為7200KVA200KVA為例，年產(chǎn)非晶變壓器將達(dá)3613KW11.4KWh。相當(dāng)節(jié)約電煤43.3萬噸，減少燃煤有害氣體排放1.1萬噸。國(guó)家發(fā)改委、科技部、中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)等單位目前已經(jīng)非常關(guān)注非晶配電變壓器在中國(guó)的推廣使用情況，安泰科技股份有限公司在多年非晶配電變壓器鐵芯開發(fā)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，近期將在非晶配電變壓器原材料的生產(chǎn)能力上進(jìn)行大規(guī)模投資，萬噸級(jí)非晶配電變壓器帶材生產(chǎn)線投資 2.6億元在2007年提供500噸非晶配電變壓器用帶材，在2008年提供10000噸非晶配電變壓器用帶材。 2010年向市場(chǎng)提供40000萬噸非晶配變壓器用帶材。為國(guó)家電力行業(yè)配電變壓器的應(yīng)用提供強(qiáng)力支持。因此我廠自行研制適合我廠實(shí)際情況的非晶合金變壓器具有重要意義。美國(guó)非晶合金變壓器研制情況自1980年聯(lián)信公司首次推出 15KVA非晶變壓器以來，非晶配電變壓器研制工作有了很大的發(fā)展，750KVA及以下的非晶配電變壓器已進(jìn)入了商品化的生產(chǎn)。最近，美國(guó)路易斯安那州什里夫波特市通用電氣公司成功地制造了至今世界上最大的 2500KVA相非晶變壓器，它的空載損耗從 2400W(硅鋼片)下降到 845W。該公司還成功研制了1000KVA、1500KVA、2000KVA 非晶變壓器。至 1993年世界各國(guó)和地區(qū)非晶變壓生產(chǎn)數(shù)量和1995年生產(chǎn)能力列于表 。美國(guó)日本歐洲中國(guó)中國(guó)臺(tái)灣美國(guó)日本歐洲中國(guó)中國(guó)臺(tái)灣1993年已經(jīng)生產(chǎn)(臺(tái))1995能力(臺(tái))11500020000200—樣機(jī)1750006000010005000雖然非晶合金材料(2605S2)在減少空載損耗方面有其特殊的優(yōu)越性，各制造廠商在非晶變壓器發(fā)展過程中，還從不同角度做了大量研究工作，以證明非晶變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性。據(jù)IEEE1986報(bào)導(dǎo)，美國(guó)西屋公司生產(chǎn)的單相柱上式 25KVA 非晶變壓器，技術(shù)能如下表表1.2 美國(guó)西屋公司非晶變壓器技術(shù)性能表額定容量相數(shù)一次額定二次額定空載損耗負(fù)載損耗阻抗電壓(KVA)電壓(V)電壓(V)(W)(W，85℃)(%，85℃)2517200120242493美國(guó)通用電氣公司 (GE)早在 1974 年就認(rèn)識(shí)到非晶合金材料潛力，設(shè)在紐約Sehencrady的通用電氣公司研究所對(duì)此進(jìn)行了大量廣泛的研究。在變壓器的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵工藝上取得突破性進(jìn)展，并獲得專利。非晶變壓器研制在通用電氣公司始于1978年，小容量的模型產(chǎn)品曾進(jìn)行過試驗(yàn)，第一臺(tái)非晶變壓器于1982413該變壓器經(jīng)7年運(yùn)行，通過對(duì)空載損耗和空載電流的監(jiān)測(cè)，測(cè)量值與出廠時(shí)試驗(yàn)值基本一致。CE公司從1986年開始已能提供單相、三相非晶變壓器，它的空載特性與硅鋼變壓器的對(duì)比列表 從表中可以看出，單相非晶變壓器空載損耗下降 載電流下降50%—60%，三相非晶變壓器的空載損耗下降 60%—65%，空載電流下降55%—60%。表1.3 非晶變壓器與硅鋼片變壓器的性能比較型 空載

非晶合金 硅鋼片空載負(fù)載空載負(fù)載空載損耗損耗電流KVA式

損耗 損耗

阻抗電流(W)(W)(W)(W)(%)(W)(W)(%)單10121020.311.6318291110.61.8300相15161410.271.9422411430.71.9321

重量(Kg)

阻抗(%)

重量(Kg)25183300.152.5441573140.362.540650294550.132.7719874620.233.270975377150.093.39941227150.383.0821100499440.093.011311629330.212.696175519250.144.020301429560.314.120001509013970.103.9287022714290.243.52900三30016518470.103.9436042524280.145.13600相50023032820.094.8609061035890.184.6490075032733680.075.75660071352060.155.756800100041956260.075.758200103368390.175.757000GE公司生產(chǎn)的1000臺(tái)25KVA非晶變壓器投入電網(wǎng)運(yùn)行后，有12臺(tái)返廠修理，其中3臺(tái)是由于雷擊高壓套管閃絡(luò)損壞， 6臺(tái)低壓套管漏油，1臺(tái)過載時(shí)導(dǎo)致繞組燒壞，還有2臺(tái)是從電線桿上掉下來捧壞， 20000多臺(tái)其他各種容量非晶變壓器返廠修理的只有3臺(tái)，單相50KVA和100KVA各1臺(tái)，都是由于雷擊高壓套管閃絡(luò)損壞， 1三相500KVA是繞組損壞，上述損壞的變壓器經(jīng)修復(fù)，再次掛網(wǎng)運(yùn)行。這 20000多臺(tái)非晶變壓器自1982年運(yùn)行至1989年，沒有1臺(tái)是因鐵芯故障而返修的。目前已有幾十萬臺(tái)非晶變壓器在美國(guó)掛網(wǎng)運(yùn)行。日本非晶合金變壓器研制情況在日本，由東京電力公司、TaKao電氣有限公司和日立電氣有限公司對(duì)非晶變壓器長(zhǎng)期可靠性做了深入仔細(xì)的研究。他們從 1991年起對(duì)不同容量的 200臺(tái)非晶變壓器行了加速老化、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行、短路、沖擊等試驗(yàn)，還進(jìn)行了負(fù)載和振動(dòng)對(duì)變壓器空載特性的影響測(cè)試。為了取得非晶變壓器的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，他們用10—50KVA的4個(gè)不同容量各 50臺(tái)單柱上式變壓器(CSP型——即全自保護(hù)型)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行試驗(yàn)。被試變壓器在運(yùn)行期間空載特性的測(cè)量都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，并測(cè)試變壓器的油溫 (用來計(jì)算空載特性隨溫度變化的修正值)，在變壓器接地線處安裝電磁傳感器，測(cè)量雷電電流。同時(shí)還測(cè)量負(fù)載電流和本體振動(dòng)，觀察它們對(duì)空載特性的影響。 200臺(tái)變壓器經(jīng)6個(gè)月現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，其空載損耗變化不大，空載電流有所下降。日本方面的研究結(jié)果表明，非晶合金卷鐵芯配電變壓器，經(jīng)加速老化試驗(yàn) (包括端試驗(yàn)在內(nèi)各項(xiàng)試驗(yàn))和200臺(tái)非晶變壓器現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行考核，在 30年壽命期內(nèi)空載特性是穩(wěn)定的。其他國(guó)家非晶變壓器研制情況加拿大第一臺(tái)非晶變壓器于 1984年由聯(lián)邦先鋒公司(Federal制造，在薩克電氣公司(SasK投入運(yùn)行。多年運(yùn)行證明，該變壓器空載特性保持不變，有較高的可靠性。安大略省北約克(NorthYorK)公司年安裝11臺(tái)單相75KVA(CSP)非晶變壓器。其中2臺(tái)由ABB加拿大公司制造，9臺(tái)由蒙羅尼(MoloneyElectric)電氣公司制造。安大路省北約克公司安裝使用 30臺(tái)50KVA非晶變壓器其中10臺(tái)由ABB加拿大公司制造，20臺(tái)由蒙羅尼電氣公司制造。1992年蒙羅尼電氣公司制造 20臺(tái)37.5KVA 和10臺(tái)50KVA非晶變壓器供尼亞拉電力公司使用，其特性如表 1.4所示[3]。容量(KVA)37.550非晶變壓器容量(KVA)37.550非晶變壓器Pe(W)3441Ph(W)255335硅鋼片變壓器Pe(W)104127Ph(W)275339西班牙Bilbao—ABBTrofedlsSA公司最近制造的三相 630KVA非晶變壓器，其特性如表1.5所示。表1.5 西班牙 SA公司非晶變壓器性能表容量(KVA)非晶變壓器硅鋼片變壓器Pe(W)Ph(W)Pe(W)Ph(W)2501602300650325040021036509304600630300493013006500意大利國(guó)營(yíng)電力能源公司 (ENEL)，1992開始研制160KVA和250KVA非晶變壓器各2臺(tái)，已順利地通過型式試驗(yàn)，其中 2臺(tái)于1992年7月投入運(yùn)行。1992年以來，印度新德里非晶金屬有限公司 (USHA Amorphors Metalshd)生產(chǎn) 25KVA、63KVA 100KVA 三相非晶變壓器共 45臺(tái)，空載損耗為硅鋼片變壓器的 40%。安裝Madhya的國(guó)家電力研究院。我國(guó)非晶合金變壓器研制情況我國(guó)非晶合金材料的研究主要集中在冶金部鋼鐵研究總院、上海鋼鐵研究所、北京冶金研究所、陜西鋼鐵研究所及東北大學(xué)等單位。 1981年以前主要解決設(shè)備問題， 1981年以后逐步建立了我國(guó)的鐵基、鐵鎳及鈷基非晶合金材料體系。非晶電力變壓器是非晶合金材料的最大市場(chǎng)，非晶配電變壓器的開發(fā)，不但具有重大節(jié)能效益和社會(huì)效益，也是非晶合金材料實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。經(jīng)冶金部鋼鐵研究院、上海鋼鐵研究所、首鋼冶金所三家共同努力，到 1990年底，已能成批制取 l00mm寬的鐵基非晶帶材，其性能達(dá)技術(shù)要求。用非晶合金材料研制的配電變壓器主要有：1986年6月上海變壓器廠研制成功國(guó)內(nèi)首臺(tái)非晶鐵芯配電變壓器， 其鐵芯用美國(guó)信公司贈(zèng)送的非晶合金材料 采用三柱、三框卷繞封閉形結(jié)構(gòu)，技術(shù)參數(shù)如下表型號(hào)額容定量型號(hào)額容定量相數(shù)頻率一次額 二 次額定(KVA)(V)電 壓(%)聯(lián)結(jié) 冷卻 使用 調(diào)壓組 方式 場(chǎng)所 方式(V)3035010000±5%4004Yyno自冷戶外磁調(diào)壓該變壓器例行試驗(yàn)和型式試驗(yàn)全部合格， 達(dá)到了預(yù)期技術(shù)要求，與同類型SL7配變壓器相比，空載損耗下降了 82%，空載電流下降了 充分體現(xiàn)了非晶