非晶变压器 技术简介Ensav AMDT Tech. Seminar美国ASEC公司 上海休伯康特能源设备有限公司1任何疑问或技术探讨，请联系：胡雄文 (Mr.Tom Hu)13901602430tomhuvip.sina.com2介绍涉及内容非晶合金材料的发展历程非晶合金材料的性能特点非晶变压器的技术经济性非晶变压器的主要制造技术非晶变压器的市场现状与趋势3原子排列结构（晶体结构与非晶态结构）非晶合金英赛非晶技术4非晶合金带材的制造过程材料制造英赛非晶技术5非晶材料发展历史1950年： 实验室中金属的“非晶状态”被偶然发现1959年： “快速凝固技术”被发明。1966年： 研究发现了高磁饱和度的铁基非晶合金。英赛非晶技术6非晶材料带宽变化19721975年： 铁基非晶合金带材诞生，带宽（0.1英寸）。1975年： “Planar Flow Casting”的制造方法诞生。1980年： 带宽增大到（1英寸）。1990年： 商品非晶带材带宽已可达到（8.4英寸）,叠片系数达到80-82。2000年： 商品非晶带材标准带宽：5.6、6.7、8.4英寸，叠片系数达到8486。2005年： 叠片系数达到8890。英赛非晶技术7非晶材料历史自从发现了非晶合金的磁性能以后，把它应用于变压器铁芯就成为电气工程 师的一种梦想，因为：磁性能太好了！ 它的磁性能太好了，它能减少变压器的铁损能达到2/3以上。制造成本低！ 非晶合金的制造只有一个工序：把钢水直接喷铸到转动的盘上就可直接成材。常用的冷轧硅钢片的制造工序复杂得多，达30余道工序。英赛非晶技术8非晶变压器发展历史80年代早期： 非晶合金带材的宽度 1英寸，材料性能不稳定；1982年： 带宽和材料稳定性得到有效提高：EPRI（美国电力研究院）、ESEERCO（美全国电能研究集团）、GEASECAllign Signal 等八大机构开始联合研发AMDT(非晶合金铁芯变压器)。至1985年末： 有1000台AMDT被制造完成并发送到EPRI下的电力公司的90个地点开始商业试运行。英赛非晶技术9非晶变压器可靠性验证EPRI的AMDT评估项目1982年启动，它分为两个阶段：第一阶段，25台，50KVA/15KV 箱变样机，被安装在25个不同地点， 每6个月测试损耗性能。第二阶段，在90个EPRI会员单位，安装了1000台 杆上式配变。 运行结果记录：截至1991年11月，共有7台返还工厂修理： 其中： 3台， 外部电弧闪络放电，损坏了高压套管和油箱。1台，油箱损坏，被汽车撞击。1台，低压套管漏油1台，线圈损坏，过载250 几个小时。1台，箱盖过度锈蚀，被安装在海岸边，严重的盐水侵蚀。英赛非晶技术10非晶变压器发展历史非晶合金变压器可靠性验证从1982年至1991年，美国EPRI下属配电网中跟踪观察的1025台非晶变压 器挂网试运行，运行良好，没有1台是因为非晶铁芯的问题而返修，非晶材料 长期负荷下性能持续保持稳定。在此期间，日本也进行了100台非晶变压器的试运行测试，运行结论完好 。1994年（共历时十年），EPRI完全肯定了非晶铁芯变压器的长期稳定性 考核，允许非晶变压器在全美电网上运行。英赛非晶技术11非晶合金铁心结构 卷铁心 Distributed Lap LoopAMDT 非晶合金铁心英赛非晶技术12非晶合金成品铁芯AMDT 非晶合金铁心英赛非晶技术13变压器 空载损耗对比表英赛非晶技术14非晶合金磁化曲线英赛非晶技术15非晶合金损耗水平曲线英赛非晶技术16物理参数非晶合金材料的物理特性：1. 化学元素组成：硼、硅、铁2.易碎性：薄片，Metglass 金属玻璃3.厚度：0.026mm，约为硅钢片的1/104.磁致伸缩程度（）：比硅钢高10英赛非晶技术17压力敏感性损耗与压力的关系非晶合金是在高速急冷下喷铸成形的，急速冷却时在材料内部会产生内应力，同时 材料在加工成铁心的运动过程中会产生机械应力，这些应力都会使非晶合金优异的磁 性能变坏。表面压力处理不当，铁心磁特性的恶化是非常显著的。从非晶合金急冷成形到加工成铁心这段过程中产生的应力可通过退火工艺来消除， 但铁心在器身装配和运行过程中产生的应力则无法消除。为了使非晶合金铁心获得理想的磁特性，非晶变压器的器身结构设计与装配工艺完 全不同于传统硅钢片。如按传统技术制造，损耗的大幅变化将无法预期。英赛非晶技术18温度敏感性磁饱和与温度的关系磁饱和感应强度Bm和温度的关系晶化温度：“非晶态”被“解冻”的温度，晶体重新按晶体结构有序排列。大部分铁基非晶合金的晶化温度均在500以上。居里温度：非晶合金失去导磁能力的温度，一般在400 （METGLAS 2605SA1： 395 ）英赛非晶技术19温度敏感性导磁力、温度与组成元素的关系磁饱和感应强度Bm同材料的化学组成有紧密关系，在材料制造过程 中可以通过改变元素的组成来控制材料的Bm值。目前，用于电力变压器非晶合金一般由80的铁和20的硼和硅 组成，Bm值在 1.55T左右。英赛非晶技术20温度敏感性损耗与温度的关系非晶合金的单位损耗、励磁容量与运行温度的关系。当磁密低于两曲线的交叉点处时，铁心损耗的大小与温度成反比， 这同硅钢片的损耗的温度敏感性是一致的，是由温度升高电阻率上升而 导致涡流损耗下降造成的。当磁密超过交叉点处时，损耗曲线的斜率随温度升高而增大，上升 速率加快，损耗大小与温度成正比。(设计元素之一）英赛非晶技术21典型退火曲线退火能消除应力，改善铁心性能，降低损耗。 保温温度的下限：在一般在310以上，可消除急冷引起的内应力 上限：则要小于材料的居里温度为了使非晶合金得到最理想的磁特性，需在磁场中退火，退火 时的外磁场大小应使非晶合金在退火过程中接近磁饱和。英赛非晶技术22AMDT 典型结构: - 单相心式 - 单相壳式 - 三相四框五柱式AMDT 典型结构形式英赛非晶技术23非晶卷铁心的关合AMDT Amorphous Core英赛非晶技术24非晶铁芯性能测试AMDT Amorphous Core Test英赛非晶技术25AMDT 典型结构: 单相AMDT 外形结构英赛非晶技术26AMDT 典型结构: 三相（四框五柱式）AMDT 外形结构英赛非晶技术27电费节约直接比较年节电费用（考虑直观和计算方便，忽略无功损耗和负载率的影响）英赛非晶技术28节能效果考虑无功分量和负载率时，节约能耗计算：英赛非晶技术29性价比评估结论：假设非晶合金变压器的售价是S9变压器的1.5倍时，TOC法测算的非晶变 压器性价比比S9高9%。以上计算选用的是最保守的A/B值，当A与B的比值取国际上通行的中间 值5时，TOC法测算的非晶变压器性价比将比S9高达20%。英赛非晶技术30节能效果 TOC评估英赛非晶技术31节能效果 Payback 投资回收期英赛非晶技术32制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术：AMDT制造技术1. 变压器内核受力结构（设计）： （由非晶材料受力敏感性要求）涉及产品非晶材料的结构设计和力传递的合理方式，确保产品 的优异损耗性能在产品的储运和运行中保持稳定。2. 合理匹配的绝缘系统（设计）： （由非晶合金薄片的易碎性和矩形绕组结构决定）涉及产品在矩形高压电场中绝缘材料的合理匹配的原则和方法 ，以及对金属碎屑的游离控制，保证产品寿命期内绝缘性能的高度稳 定。英赛非晶技术33制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术：AMDT制造技术3. 抗短路能力（设计）： （由非晶变压器的矩形线圈和免受力非晶铁芯的要 求）非晶变压器的矩形线圈和不能受力的非晶铁芯要求有一种新 技术来解决巨大的短路电动力冲击的难题。4.噪声控制技术（设计和工艺)： （由非晶合金材料的磁致伸缩效应决定）非晶合金材料产生的噪声能量远高于传统硅钢，要求有一种 新技术来解决产品内核中电磁震动源的抑制、疏导和吸收，保证产品在运行中的噪声符合标准和低于传统硅钢变压器。英赛非晶技术34制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术：AMDT制造技术5. 产品装配技术(工艺）： （由非晶合金材料的易碎性和非晶铁芯对受力的敏 感性决定）非晶铁芯对力的敏感性和非晶片的易碎性要求有一种新的装 配流程和工艺装备来保证产品制造过程中对铁芯的受力保护和非 晶碎屑的游离控制。英赛非晶技术35各生产商损耗水平对照英赛非晶技术36ASEC 独特技术Amorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavTM SeriesEnsavTM 英赛非晶技术四大独特专利技术：专业用于解决把非晶合金作为铁芯材料的配电变压 器的设计、工艺、装配流程中遇到的技术难题。英赛非晶技术37ASEC 独特技术Amorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavTM Series1. Maglev Circuit (PTLicense -311)悬浮磁圈技术2. Tuff-Flex Insulation Sysetem (PTLicense -312)Tuff-Flex 绝缘系统3. Noise Tube-absorbing (PTLicense -313)噪能管吸技术4. Plator Body Assembly (PTLicense -314)普莱特结构装配技术英赛非晶技术38ASEC 独特技术Maglev Circuit (PTLicense -311) 悬浮磁圈技术示意图英赛非晶技术39ASEC 独特技术短路电动力的控制示意图设计流程软件包括短 路电动力的校核：1.低压线圈短路强度校核；2.高压线圈短路强度校核；3.器身夹件短路强度校核；4.油箱短路强度校核。英赛非晶技术40ASEC 独特技术噪声的控制英赛非晶技术41ASEC 独特技术噪声的控制措施之二降噪专用弹性吸能垫（内含阻尼油腔）英赛非晶技术42ASEC 独特技术器身装配方法差异之一传统硅钢变压器：线圈直立式安装ASEC非晶变压器：专用装配设备，线圈卧式安装 。（优点之一：防止非晶铁屑掉入线圈内部）英赛非晶技术43按非晶变压器电动力数学模型分析：短路电动力最 终传递到油箱，油箱需要一定的耐受强度。非晶变油箱：厚钢板片式散热器结构（因波纹油箱钢板厚度仅1.2mm，一般不采用）高强度油箱，可支持气垫补偿油膨胀结构，免除了储 油柜，整个产品结构简练。非晶变压器油箱结构英赛非晶技术44ASEC 非晶变压器总体结构英赛非晶技术45ASEC 油箱密封方式方式1：螺栓橡胶条联接 （国内传统厂家采用）优点：传统方式，操作方便缺点：橡胶条老化，老化后需要维护方式2：箱盖焊接（美国市场2004年前采用）优点：联接可靠缺点：焊接时热量对油箱保护漆层、绝缘油和纸质绝缘产生永久伤害。方式3：螺栓专用密封粘结剂联接（美国市场目前采用）优点：联接可靠，无损害，树脂型粘结剂长寿命，产品寿命期内免维护。英赛非晶技术46抗短路能力ASEC合理的产品内核结构，巧妙地将短路力传递给油 箱承担，极大地提高了产品的抗短路冲击能力。合理地调配设计油箱强度，能使非晶产品的抗短路能力 远远优于传统产品结构。英赛非晶技术47噪音理论上，在相同外部条件下，非晶变的噪声会高于硅钢变压器。但是：非晶 硅钢固有磁致伸缩程度（）： 高 低应用磁通密度： 1.3T