非晶合金變壓器

首先從非晶材料（amorphous materials）說起來，在日常生活中所接觸的材料一般有兩種：一種是晶態材料，另一種是非晶態材料。所謂晶態材料，是指材料內部的原子排列遵循一定的規律。反之，內部原子排列處於無規則狀態，則為非晶態材料, 一般的金屬，其內部原子排列有序，都屬於晶態材料。科學家發現，金屬在熔化后，內部原子處於活躍狀態。一旦金屬開始冷卻，原子就會隨著溫度的下降，而慢慢地按照一定的晶態規律有序地排列起來，形成晶體。如果冷卻過程很快，原子還來不及重新排列就被凝固住了，由此就產生了非晶態合金，製備非晶態合金採用的正是一種快速凝固的工藝。將處於熔融狀態的高溫液體噴射到高速旋轉的冷卻輥上。合金液以每秒百萬度的速度迅速冷卻，僅用千分之一秒的時間就將1300℃的合金液降到室溫，形成非晶帶材。

非晶態合金與晶態合金相比，在物理性能、化學性能和機械性能方面都發生了顯著的變化。以鐵基非晶合金為例，它具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。由於這樣的特性，非晶態合金材料在電子、航空、航天、機械、微電子等眾多領域中具備了廣闊的應用空間。例如，用於航空航天領域，可以減輕電源、設備重量，增加有效載荷。用於民用電力、電子設備，可大大縮小電源體積，提高效率，增強抗干擾能力。微型鐵芯可大量應用於綜合業務數字網ISDN中的變壓器。非晶條帶用來製造超級市場和圖書館防盜系統的感測器標籤。非晶合金神奇的功效，具有廣闊的市場前景。

非晶合金變壓器(AmorphousMetalTransformer)是一種低損耗、高能效的電力變壓器。此類變壓器以鐵基非晶態金屬作為鐵芯，由於該材料不具長程有序結構，其磁化及消磁均較一般磁性材料容易。因此，非晶合金變壓器的鐵損(即空載損耗)要比一般採用硅鋼作為鐵芯的傳統變壓器低70-80%。由於損耗降低，發電需求亦隨之下降，二氧化碳等溫室氣體排放亦相應減少。基於能源供應和環保的因素，非晶合金變壓器在中國和印度等大型發展中國家得到大量採用。以中印兩國目前的用電量來計算，若於配電網全面採用非晶合金變壓器的話，每年大約可節省25-30TWh發電量，以及減少2至3千萬噸二氧化碳排放。

目前廣泛採用的新S9型配電變壓器，其鐵心所採用的導磁材料通常為30Z140高導磁冷軋硅鋼片，其飽和磁密比非晶合金高，產品設計時所選取的磁通密度通常在1.65～1.75T之間。這也就是非晶合金鐵心配電變壓器比新S9型配電變壓器空載損耗低的一個主要原因。

若能完全替代新S9系列配變，如10kV級配電變壓器年需求量按5000萬kVA計算時，那麼，一年便可節電100億kW·h以上。同時，還可帶來少建電廠的良好的環保效益，少向大氣排放溫室氣體，這樣會大大地減輕對環境的直接污染，使其成為新一代名副其實的綠色環保產品。總之，國家在城鄉電力網系統發展與改造中，若能大量推廣採用三相非晶鐵心配電變壓器產品，其最終會獲得節能與環保兩方面的效益。

非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優點是，空載損耗值特低。最終能否確保空載損耗值，是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產品結構布置時，除要考慮非晶合金鐵芯本身不受外力的作用外，同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數。除此設計思路外，還須遵循以下三點要求：

(1)由於非晶合金材料的飽和磁密較低，在產品設計時，額定磁通密度不宜選得太高，通常選取1.3～1.35T磁通密度便可獲得較好的空載損耗值。

(2)非晶合金材料的單片厚僅為0.03mm，所以其疊片係數也只能達到82%～86%。

(3)為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處，現把非晶合金配電變壓器的產品，都設計成全密封式結構。

變壓器非晶合金結構特點

利用導磁性能突出的非晶合金，來用作製造變壓器的鐵芯材料，最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性，在設計和製造中是必須保證和考慮的。主要體體現以下幾個方面：

(1)非晶合金片材料的硬度很高，用常規工具是難以剪切的，所以設計時應考慮減少剪切量。

(2)非晶合金單片厚度極薄，材料表面也不是很平坦，則鐵芯填充係數較低。

(3)非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時，必須避免採用以鐵芯作為主承重結構件的傳統設計方案。

(4)為了獲得優良的低損耗特性，非晶合金鐵晶元必須進行退火處理。

(5)從電氣性能上。為了減少鐵晶元的剪切量，整台產品的鐵芯由四個單獨的鐵心框並列組成，並且每相繞組是套在磁路獨立的兩框上。每個框內的磁通除基波磁通外，還有三次諧波磁通的存在，一個繞組中的兩個卷鐵芯框內，其三次諧波磁通正好在相位上相反，數值上相等，因此，每一組繞組內的三次諧波磁通向量和為零。如一次側是D接法，有三次諧波電流的迴路，當在感應出的二次側電壓波形上，就不會有三次諧波電壓的分量。

根據上面分析，三相非晶合金配電變壓器最合理的結構為：鐵芯，由四個單獨鐵芯框在同一平面內組成三相五柱式，必須經退火處理，並帶有交叉鐵軛接縫，截面形狀呈長方形。繞組，為長方形截面，可單獨繞製成型的，雙層或多層矩形層式。油箱，為全密封免維護的波紋結構。

SCRBH15型非晶合金變壓器適當成分的液體金屬，以大約每秒攝氏一百萬度的冷卻速率，急速凝固所獲得的合金，因其原子在結晶化之前即已凝固，結果使合金具有類似玻璃的非結晶原子結構及優點的軟磁性質。

1.超低損耗特性，省能源、用電效率高；

2.非晶金屬材料製造時使用較低能源以及其超低的損耗特性，可大幅節省電力消耗及減少電廠發電量，相對的減少CO₂ SO₂廢氣的排放，降低對環境污染及溫室效應，免保養，無污染；

3.運轉溫度低、絕緣老化慢、變壓器使用壽命長；

4.高超載能力，高機械強度；

5.非晶鐵心在通過較高頻率磁通時，仍具有低鐵損及低激磁電流的特性而不致產生鐵心飽和的問題，故以非晶鐵心製成的SCRBH15型非晶合金變壓器具有較好的耐諧波能力；

6.投資回收效益快。

三、技術參數

額定功率：50/60(KVA)

效 率(η)：100～1000

電 壓 比：10000/400(V)

外形結構：立式

冷卻方式：風冷式

防潮方式：灌封式

繞組數目：三繞組

鐵心結構：非晶合金

冷卻形式：乾式

鐵心形狀：R型

電源相數：三相

頻率特性：低頻

型 號：SCRBH15-200/10

應用範圍：電力

非晶合金變壓器行業作為一次投入設備的一個重要分支，其技術與產品是成熟與完善的。

目前，中低端變壓器產品技術含量低決定了行業進入壁壘不高，生產能力相對飽和，產品銷售處於完全競爭狀態，由此導致的市場無序競爭格局嚴重擾亂了市場秩序，不利於整個變壓器行業的健康發展。高端產品市場的集中度則相對較高，其中生產500kV及以上變壓器產品的內資企業3家；生產220kV變壓器的廠家目前有30家左右；生產110kV變壓器的廠家目前有100家左右；生產乾式變壓器的廠家目前有100家左右。

我國電力需求增長迅速，電網的高速建設和投資拉動了輸變電設備的市場需求。龐大的電力建設資金給變壓器行業（包括變壓器、互感器、電抗器、組件製造廠）帶來了機遇和挑戰，促使變壓器行業得到了快速發展。中商情報網數據顯示，2011年前三季度，我國變壓器產量超過11億千伏安，同比增長13.9%。隨著電網改造工程的深入，電網升級速度的加快，我國變壓器生產仍將保持較快增速，預計到2015年，我國變壓器產量將超過20億千伏安。

隨著我國節能降耗政策的不斷深入，國家鼓勵發展節能型、低噪音、智能化的配電變壓器產品。高能耗配電變壓器面臨著技術升級、更新換代的需求，未來將逐步被節能、節材、環保、低噪音的變壓器所取代。非晶合金變壓器兼具了節能性和經濟性，其顯著特點是空載損耗很低，符合國家產業政策和電網節能降耗的要求，是目前節能效果最為先進，使用成本也較為經濟的配電變壓器產品。在解決了雜訊問題之後，產品普遍適用於城市、農村的各類場所。2013-2017年 中國非晶合金變壓器行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告

隨著電網建設持續和城鄉配電網改造加速，變壓器市場需求量有望保持強勁增長態勢。前瞻產業研究院發布的《中國非晶合金變壓器行業市場需求預測與投資戰略規劃分析報告》數據顯示，2010年我國非晶合金變壓器市場規模約18億元，隨著非晶合金變壓器市場推廣加快，產品應用比例逐步提升。預計未來10年非晶合金變壓器市場容量將達到千億元，年均市場容量超過100億元，市場空間巨大。

在國家將鼓勵發展節能型、低噪音、智能化的配電變壓器產品背景下，行業內經營規模較大、技術研發能力較強的大型企業將面臨更多的發展機遇。置信電氣作為國內規模最大的非晶變壓器生產企業，公司產品在非晶合金變壓器市場佔有率達到80%左右，行業龍頭地位穩固，公司擬以非公開發行股份的方式購買非晶合金變壓器業務和資產。中商情報網研究員指出，隨著國家和各地電網公司對使用非晶合金變壓器節能環保認識上趨於統一，並加大對非晶合金變壓器的推廣力度，未來兩年公司非晶合金變壓器在招標中的市場份額將上升，保守預計公司今後兩年營業收入將有30%左右的增幅。

非晶合金變壓器產品對於安全性、可靠性的要求特別高，具有典型的技術密集型特點。從生產的角度來看，由於產品大量需要針對每一個客戶的不同要求以及項目所處的不同地理位置、自然環境等多方面因素單獨進行設計，一般只有35kV以下級別的產品可以一次設計、批量生產。因此在產品生產過程中對於設計能力的要求特別高。此外，在產品生產完畢並安裝運行后，需要結合每次的設計，對產品的運行情況進行分析、總結，才能在以後的設計中逐步提高技術水平。

變壓器行業屬於基礎設施建設的範疇，其產品市場的需求與宏觀經濟發展呈正相關關係，與國家電力工業的發展息息相關，從長期來看具有一定的周期性；從單個年份上看，變壓器行業沒有明顯的周期性、季節性特徵。

市場供需狀況分析

隨著國民經濟的增長和電力建設的不斷推進，國內對電力變壓器的需求呈現快速上升趨勢。近年來，主要電力變壓器生產企業均滿負荷生產，甚至超負荷生產，銷售收入和利潤大幅度增長。

由於我國經濟的持續高速發展，目前國內電力供需矛盾依然突出，為緩和上述狀況，國家目前已將加快電網建設、緩解電網瓶頸制約、提高電網供電能力作為關係國家安全的重要任務來抓。根據國家電網公司的十二五規劃，結合南方電網的投資計劃，預計全國十二五期間的電網建設和改造投資將超過10，000億元，年均投資額超過3，300億元。