标题：节能变压器
1　铁芯损耗的控制
变压器损耗中的空载损耗，即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗。  节能变压器最早用于变压器铁芯的材料是易于磁化和退磁的软熟铁，变压器铁芯是由铁线制成，而不是由整块铁构成，为了克服磁回路中由周期性磁化所产生的磁阻[1]损失和铁芯由于受交变磁通切割而产生的涡流。用线束制作的铁芯可有效减少涡流路径的截面积。
在1900年左右，经研究发现在铁中加入少量的硅或铝可大大降低磁路损耗，增大导磁率，且使电阻率增大，涡流损耗降低。经多次改进，方用0．35mm厚的硅钢片来代替铁线制作变压器铁芯。
近年来世界各国都在积极研究生产节能材料，变压器的铁芯材料已发展到现在最新的节能材料——非晶态磁性材料2605S2，非晶合金铁芯变压器便应运而生。使用2605S2制作的变压器，其铁损仅为硅钢变压器的1/5，铁损大幅度降低。
2　METGLAS2605S2
非晶态合金早在太阳能电池领域已有了飞跃发展。在80年代迅速应用于磁性材料领域，美国阿拉伊特公司长期从事非晶态材料的研究，以METGLAS为品名。1979年已研制出具有实用价值的2605SC，其材料成份为Fe81B13．5Si3．5C2。该公司在1981年又试制成功非晶态磁性2605S2，化学成份为：Fe78B13Si9，与最初的2605SC相比，降低了磁通密度，改善了热稳定性，降低了铁损，两者性能比较见表1所示。
非晶态合金是无晶料原子结构，一个个原子无规则的分布在材料的基体中，并能迅速冷却而出现玻璃状成份。典型的非晶态合金含80%的铁，而其它成份是硼和硅。非晶态合金有很多生产方法，但最常见的是把熔化的金属蒸汽喷在高速旋转的铜绕线架上，熔化的金属以106℃/s的速率冷却并固化成薄肋状；因淬火形成的高内应力必须用200℃～280℃之间的退火来减小，以便成为好的磁特性材料。
变压器铁芯噪音，其中很重要的原因与铁芯材料的磁致伸缩有关，非晶态铁芯与硅钢铁芯有着显著不同，见图所示。
3　非晶合金铁芯变压器
美国麻省理工学院于1979年采用2605SC制作了15kVA的干式变压器。日本于1981年7月采用2605S2试制了10kVA的变压器，再于1982年8月试制了30kVA的高压油浸变压器，1983年2月又试制了35kVA三相五柱式模型变压器作研究对象。我国在80年代初期进行对非晶态合金变压器的研究，并于1986年由上海变压器厂研制了30kVA的非晶态铁芯变压器。90年代非晶铁芯变压器的研发已进入实用阶段，国内数厂家相继引进国外技术，生产出较大容量的非晶铁芯变压器。3．1 非晶合金铁芯变压器的构成（1）变压器铁芯均为三相五柱式两行矩形排列，在两个旁柱中流过零序磁通，磁通不经过箱体，不产生发热的结构损耗，使变压器能满足低噪声、低损耗；
（2）高低压线圈均为矩形的铜绕组，当线圈偶然发生短路时，能适应较大的机械应力破坏，线圈不产生变形；
（3）箱体采用冷轧钢板制成的片状散热器，高低压套管的上方加装防冰雹、防尘、防雨罩，其引线无导体裸露，可用电缆接线，全绝缘保护；
（4）变压器热循环油填充硅油，箱体全密封，20年内免维护，且可适应高温场所。3．2　非晶合金铁芯变压器的规格（1）容量：30kVA～1600kVA，电压6kV～10kV/0．4kV/0．22kV，联结组标号为Y·yn0，D·yn11；
（2）空载损耗、负载损耗、阻抗电压、主绝缘均符合GB/T6451－1995的技术要求。
4　非晶合金铁芯变压器的节能效果
非晶合金铁芯变压器，具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的1/5，且全密封免维护，运行费用极低。
S7系列变压器是1980年后推出的变压器，其效率较SJ、SJL、SL、SL1系列的变压器高，其负载损耗也较高。80年代中期又设计生产出S9系列变压器，其价格较S7系列平均高出20%，空载损耗较S7系列平均降低8%，负载损耗平均降低24%，并且国家已明令在1998年底前淘汰S7、SL7系列，推广应用S9系列。非晶合金铁芯变压器SH12系列的空载损耗较S9系列降低75%左右，但其价格仅比S9系列平均高出30%，其负载损耗与S9系列变压器相等。下面仅对其节能效果与投资效益做一计算实例。4．1 节能变压器的计算公式（1）有功损耗：ΔP=P0+KTβ2PK（1）　
（2）无功损耗：ΔQ=Q0+KTβ2QK（2）　
（3）综合功率损耗：ΔPZ=ΔP+KQΔQ（3）　
Q0≈I0%SN，QK≈UK%SN
式中：Q0——空载无功损耗（kvar）
P0——空载损耗（kW）
PK——额定负载损耗（kW）
SN——变压器额定容量（kVA）
I0%——变压器空载电流百分比。
UK%——短路电压百分比
β——平均负载系数
KT——负载波动损耗系数
QK——额定负载漏磁功率（kvar）
KQ——无功经济当量（kW/kvar）4．2 计算条件（1）取KT=1．05；
（2）变压器容量SN=800kVA联结组别为Y·yno；
（3）对城市电网和工业企业电网的6kV～10kV降压变压器取系统最小负荷时，其无功当量KQ=0．1kW/kvar；
（4）变压器平均负载系数，对于农用变压器可取β=20%；对于工业企业，实行三班制，可取β=75%，以下按这两种情况计算；
（5）变压器（800kVA）价格为S7=76000元，S9=91000元，SH12=118300元；
（6）变压器运行小时数T=8760h，最大负载损耗小时数：t=5500h；
（7）电费按综合电费0．60元/kWh（未按两部电价计算方法）；
（8）变压器空载损耗P0、负载损耗PK、I0%、UK%，见表2所示。4．3 计算实例根据计算公式及计算条件，按β=20%和β=75%两种情况分析，计算过程及结果见表3所示。4．4　投资价差回收年限投资价差回收年限，一般有两种计算方法：
（1）静态投资回收期：不考虑投资的货币时间价值，计算公式：=；
（2）动态投资回收期：考虑投资的货币时间价值，将现在投资及未来收益均以资金的折现率折为现值。此法计算复杂，要涉及通货膨胀率、资金银行利率、折现率等，因此不确定因素多。在此建议不采用此法，则宜采用静态投资回收期。
SN=800kVA的SH12较S7多投资：
ΔCS7=118300－76000=42300元
SH12较S9多投资：
ΔCS9=118300－91000=27300元
在β=20%时，多投资的回收年限为：
TS7===4．49（年）
TS9===3．79（年）
在β=75%时，多投资的回收年限为：
T'S7===2．59（年）
T'S9===3．79（年）
其它容量的SH12较S7，S9多投资回收年限计算，均可采用上述计算方法及步骤。
节能变压器的结论
国家计委节能局在1983年颁布实施的《关于节约能源基本建设项目可行性研究的暂行规定》中指出：计算投资回收年限一般不应超过5年，最长不超过7年，做为权衡投资与节能效益的政策规定。
根据以上计算结果，可得出如下结论：
（1）SH12较S7，S9多投资的部分均在政策规定的年限内收回，因此目前推广应用SH12符合节约能源的国家政策导向；
（2）在农村地区一般情况下平均负载率为15%～20%，SH12较S7多投资回收年限稍长，但较S9多投资的回收年限较短，说明在农村地区权衡SH12、S9的投资及节能效益时，应做出推广应用SH12代替S9的决策；
（3）在工矿企业中，实行三班制，负载率一般在50%～80%，SH12多投资的回收年限较农村地区短，其投资效益更加显著；
（4）广泛推广应用非晶合金铁芯变压器，无论是在农村地区的农网改造，还是在厂矿企业，尤其是在新建的配电室变电站中，建议均应采用SH12，如一次性投资到位，可避免短期的重复投资。