摘要：在城市化发展过程中，我国对电能的消耗也在不断增加，在输电和变电中变压器会产生很大的损耗，这一损耗值大约占到了配电网整体损耗的50％，甚至高于这一情况。而我国在发展中，对能源的消耗是巨大的，因此需要采取有效措施进行解决。而非晶合金干式变压器的出现，不仅有效降低了变压器的损耗，同时提高了输电和变电的效率，在应用中具有显著的优越性。本文主要对非晶合金干式变压器中的关键问题进行分析研究，了解其特性、优化措施等，以更好地发展该类型变压器的运用。
关键词：非晶合金；干式变压器；节能经济；噪声控制
近年来，我国加大了环境保护力度，在众多行业领域开展技术和材料创新，以促进可持续发展的实现。传统的变压器，由于其材质和生产工艺因素的影响，在进行输电和变电的时候会产生严重损耗，是不利于绿色发展的实现的。在我国不懈的探索中，新型的变压器开始出现，非晶合金材质变压器具有损耗低和磁滞率低的特点，在应用中更具有优越性。因此，在其应用中，我们要了解其具体特性，并对其噪声控制和参数设计等内容有更全面的了解。
1.非晶合金变压器概述
非晶合金变压器是一种新型的电力变压器，其低损耗、高能效的特点是很显著的优势，这种变压器的铁心是铁基非晶态金属，不具备长程有序结构，与一般的磁性材料相比，其磁化和消磁都更加容易。因此，非晶合金变压器的铁损也会有效下降，发电需求也会减少，排放的二氧化碳等温室气体较少，利于实现能源节约和环境保护。与传统的变压器一样，非晶合金变压器也有干、油两种，其中非晶合金干式变压器主要有环氧浇注式和敞开式两种。
2.非晶合金干式变压器的节能经济性体现
传统的干式变压器会产生极大的损耗，造成严重的电能浪费。而非晶合金材质的干式变压器，可以有效、大幅度降低空载电流，提升近80％的节能效果。一般的变压器使用有效寿命大约为三十年左右，在使用中其运行成本是高于制造成本的，而在其运行成本中，能耗的占比是最大的，包括了空载损耗和负载损耗。而非晶合金干式变压器对电能的利用率较高，可以实现对能源的有效节约和利用，使运行成本大幅度降低，进而获得更大的经济效益。
在我国发电行业中，火力发电占比最大，其中多使用煤炭资源和石油资源，在发电生产中会产生极大污染。非晶合金干式变压器可以有效减少二氧化碳和二氧化硫等有害气体的排放，在我国农村等经济不发达的地区，其节能经济性有更明显的体现，对提升社会效益、经济效益和生态效益是有积极意义的。
3.非晶合金干式变压器的设计与工艺要求
3.1磁密选取
在非晶合金干式变压器中，磁密设计会对其成本、性能和噪声等产生重要影响，是非常关键的参数设计。在设计中要考虑到非晶合金材料的特性，其饱和磁密度在1.5T以内，是远远低于冷轧硅钢片的，并且在饱和之后会发生严重的损耗和散热现象，可能存在单方向的磁化。因此在设计中，其磁密选取必须保证合理性。
3.2工艺参数设计
在非晶合金干式变压器的铁心的设计中，除了单位损耗外，还要考虑到的工艺参数就是单位磁化容量，使其有效降低对噪声实现控制。并且铁心的单位磁化容量是与单位损耗存在制约关系的，因此要降低单位磁化容量，要具体结合企业的工艺水平。在制作变压器的过程中，装配铁心框和绕组的时候，要打开开口的接缝和再连接接缝，这样会加大铁心的受力，使装配完成后的变压器加大损耗和噪声的产生。在设计中要充分考虑到这一操作会增加的值。企业的装配水平先进，就可以有效减小这一工艺系数，以进一步降低空载损耗。
3.3矩形绕组
由于非晶合金变压器的特殊性，需要采用矩形绕组的方式，这种形式的应用中，导线对矩形模具的贴服性是比较差的，因此需要合理控制绕组的径向尺寸。采用合理的绕制裕度和夹具整型，可以实现良好的控制效果。
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3.4工艺控制因素
在非晶合金干式变压器的设计与制造中，工艺控制是很重要的部分。在当前的设计中，主要会采用倒装式和平装式的三相五柱式装配设计。这种装配方法会对其铁心接缝质量产生大的影响，进而影响到变压器的噪声。通常情况下，平装式对铁心开口的损坏程度是比较小的，可以保证良好的接缝质量，避免有碎片进入绕组，但处理工艺需要较高的水平。
在对铁心的开口接缝进行处理的时候，要按照以下原则进行，第一，其搭接长度要控制在12mm和16mm之间，必须大于8mm；第二，要保证搭接面的平整性，保证不会产生毛刺和尖角；第三，完成搭接之后，可以使用特殊胶水或者温胶来完成封堵，避免产生铁心碎片，并减小接缝处的震动。
3.5机械强度设计
非晶合金材料在受到外加应力的情况下，会加大损耗和噪声，进而变压器性能的发挥。因此在设计过程中，要保证铁心不会受外加应力，对此可以将其悬挂在绕组之上，使其除了自身质量外不会承受其它的压力。结构设计方面，可在器身四周采用Ω型的弯板结构，这种夹件装配结构可以支撑绕组和铁心。因此在其设计中，上下夹件的承受强度是设计的关键所在。夹件的折弯板厚度和尺寸要合理，其承受应力要小于夹件钢材的许用应力。
4.非晶合金干式变压器噪声控制措施
非晶合金干式变压器的噪声问题是其一大缺陷，在上文中提到的磁密选取、工艺参数和工艺控制等都对其有一定的影响。在其铁心的使用过程中，会出现磁致伸缩现象，产生噪声。在受到外力影响下，由于非晶合金材质对其极为敏感，因此其磁致伸缩现象更加严重，会使噪声进一步加大。当前，对非晶合金干式变压器的噪声标准规定，因此其数值确定往往是由制造商和用户来确定的，在设计中可以通过以下几方面来进行掌控：
4.1磁通密度控制
对非晶合金变压器的噪声控制，需要实现磁通密度的合理设置。一般情况下，非晶合金材料的磁通密度饱和限度为1.5T，比硅钢少0.5T。要保证非晶合金材料的磁通密度设置合理，就需要对其适当降低，可适当增加变压器的横截面积，使铁心质量降低，使其符合国家关于变压器噪声的规定。在企业工艺水平较高的情况下，可保证工作状态下变压器的磁通密度是在1.25T以内的。
4.2磁化容量设计
降低铁心的单位磁化容量，也有助于减小非晶合金干式变压器的噪声，在不影响空载损耗的情况下，需要采用合理的特殊工艺来降低磁化容量，实现损耗掉的性能向磁化性能的转变，要找到合适的工艺系数，还需要通过试验来不断验证。
4.3结构优化措施
非晶合金干式变压器的结构，也会影响到噪声的产生，可以采用专业的分析软件进行分析，首先将相关数据录入、建立起模型，然后计算振动模态和升学模态的共振频率，并根据分析结果来设计结构，降低模态的频率。在设计框架时，要注意预留适当的空裕度，也可以采取加设垫子和吸引材料的方法，来有效避免铁心与框架发生碰撞，而加重变压器的噪声。
结束语：
非晶合金干式变压器的应用，可以有效节省能耗、减少排放，在社会效益和生态效益实现方面具有积极意义。在其设计制造中，要关注其工艺参数、电磁设计和噪声控制等关键问题，确保其性能有效发挥。
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论文作者:徐坚理,王庆平,王刚
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
标签：合金论文; 变压器论文; 铁心论文; 干式变压器论文; 噪声论文; 工艺论文; 绕组论文; 《电力设备》2018年第26期论文;