1、 前言
隨著我國電力事業的發展及城農電網建設與改造的不斷深入，非晶合金鐵心變壓器以其空載損耗低、節能、環保的明顯優勢，符合了我國政府倡導的“節約資源、保護環境、建設節約型社會”的產業政策，越來越受到廣大電力用戶的青睞。為了加快變壓器產品的更新換代，提高節能水平，降低線路損耗，全國各地的變壓器生產企業紛紛加大了對非晶合金鐵心變壓器的生產、研發力度。本文將結合筆者多年的工作經驗，對非晶合金鐵心變壓器在設計和生產中的相關問題進行分析，以供大家借鑑參考。
2 、非晶合金材料
非晶合金材料是一種新型節能材料，其主要是以鐵、鎳、鈷、鉻、錳等金屬為合金基，並加入少量的硼、碳、硅、磷等金屬元素製成的，它具有良好的鐵磁性。
非晶合金材料採用快速急冷凝固生產工藝，其物理狀態表現為金屬原子呈無序非晶體排列，它與硅鋼的晶體結構完全不同，更有利於被磁化和去磁，加工成的非晶合金鐵心帶材厚度僅0.025mm厚，這種新型材料用於變壓器鐵心磁化過程相當容易。能夠大幅度降低變壓器的空載損耗。不過其磁通飽和值較傳統的硅鋼材料低(1.57T—1.59T)，故非晶合金鐵心在設計磁通密度時單相變壓器一般取1.3T—1.4T，三相變壓器一般1.25T—1.35T之間取值較理想。
非晶合金鐵心材料對機械應力非常敏感，無論是張引力還是彎曲應力都會影響其磁性能，所以，鐵心的損耗會隨著應力的增大而增加。這需要在器身結構設計中加以充分考慮。
3、 非晶合金鐵心變壓器的結構及特點
3.1 鐵心結構
非晶合金鐵心採用的非晶合金帶材加工工藝複雜，材質硬而脆，難以剪切，變形加工困難. 因此目前帶材規格只有142mm、170mm、213mm三種寬度，非晶金鐵心只能根據變壓器容量需要採用相應寬度的帶材製成長矩形截面，從結構形式上看，一般將下鐵軛部分設計成有交錯搭接佈置接縫的開口單卷卷鐵心結構，以便於組合成單相或三相變壓器鐵心。
目前國內三相非晶合金鐵心變壓器鐵心結構，主要有三相五柱（如圖一）和三相平面式卷鐵心（如圖二）兩種。其中採用三相五柱式的較為普遍，通常10KV級、容量500KVA以下的小型配變採用4個卷鐵心的四框五柱結構，容量較大時由於受到非晶合金帶材寬度的限制，一般採用8個卷鐵心分前後兩排疊放在一起，形成較大截面積的鐵心結構，採用這種疊放結構，可使非晶合金鐵心變壓器單臺容量達到2500KVA。
在非晶變壓器設計中，非晶帶材鐵心的疊片係數取值一般在0.82—0.86區間，而空載損耗工藝係數一般取1.4左右較為合適，在鐵心開口疊加處厚度係數上國內大致有1.25和1.18兩種。其值的具體選用應在生產前與所選用的非晶合金鐵心生產廠家確定。
3.2 線圈結構
由於非晶合金鐵心變壓器的鐵心採用長方形截面，因此非晶合金鐵心變壓器的高低壓線圈也相應的採用長方形(如圖三)，在設計中應合理選擇矩形線圈的長寬比，使導線平均匝長與非晶合金鐵心重量最優化，發達地區線圈導線一般選用漆包扁銅線或銅箔來加工。.
非晶合金鐵心變壓器繞組的結構形式基本同於普通S9或S11型繞組，即高壓採用多層圓筒式，低壓採用雙層、四層圓筒式或箔式線圈結構。在國內，非晶合金鐵心變壓器繞組考慮到高次諧波等原因，聯結組別一般採用DYN11居多，即高壓繞組為D聯結，低壓繞組為YN聯結，從而對改善高低壓線圈電壓波形,降低電力網高次諧波垃圾都起到很好的作用。
非晶合金鐵心變壓器的高低壓繞組均為矩形線圈，在繞制中及繞製成形後會發生漲包現象，因此從設計上應對高低壓線圈的尺寸確定合理的偏差，必須確保相同裝配間隙和有效絕緣尺寸，廠家一般的作法是用成形機來壓裝線圈的長軸面以保證相間距離，而把漲出的尺寸趕到非相間方向上去,這樣非相間方向上的幅向尺寸就大了，但究竟放大多少，各廠家是不同的，這就需根據自身情況經實踐來確定。
矩形線圈繞完後有漲力存在，裝配及裝配完工後可能在線圈層間出現離層而影響裝配質量，為避免這種線匝離層後串匝及位置變化的發生，線圈的層間一律使用雙面點膠紙，經專用壓裝模具加壓、加熱壓裝後形成一個整體，並在器身裝配前放開後，便進行套裝工序，保證相間尺寸不發生變形。
3.3 絕緣結構
非晶合金的主要問題集中在絕緣結構中，怎樣即經濟又合理地節約原材料，絕緣是十分重要的課題。
非晶合金鐵心變壓器的高低壓線圈是矩形線圈，線圈在加工完成後加熱整形過程中，點膠紙能夠有效地保證線圈整形尺寸不發生回彈，所以非晶合金鐵心變壓器線圈層間絕緣採用0.08雙面點膠紙較普遍。
線圈的一、二次之間的主空油道及高壓層間油道或低壓層間油道，一般採用絕緣紙板條（木條）粘在點膠紙上的形式，並按設計要求確定其大小尺寸，這樣做既可提高線圈機械強度又可增加線圈的散熱面積。
線圈端絕緣一般採用0.5或1.0紙板條製作，在線圈繞制過程中用膠帶粘在線圈導線上，用以降低線圈的幅向裕度。其它方面形式基本同於普通S9或S11型繞組結構的絕緣形式。
4 、生產非晶合金鐵心變壓器的技術難點及相應工藝保證措施
（1）非晶合金鐵心片對壓力、撞擊及彎折等有非常的敏感性。在受到壓力、撞擊及彎折後其空載損耗會增加，同時很容易出現斷裂、掉渣等現象，從而可能引發變壓器絕緣出現故障。因此，要求在操作及搬運過程中做到輕拿、輕放，避免出現撞擊、受壓現象。特別是對鐵軛開口的交錯接縫處，進行挑直及在線圈套裝後彎折回覆原狀過程中必須精心操作。
同時在整個操作過程中，要做到用乾淨布料或絕緣紙遮蓋在線圈及絕緣的上端，以防止鐵心片產生的粉未掉入線匝內。為防止下軛交錯縫處非晶合金片在以後的裝配過程中掉落碎片，在裝配下夾件及夾件絕緣之前，須先用吸塵器吸淨金屬碎片及灰塵,再對接縫部位的兩側面塗刷絕緣漆進行封閉化處理。
（2）非晶合金鐵心形式雖然可視為卷鐵心，但為了方便地套裝線圈，鐵心廠家將其下軛部分設計成對縫多層交錯疊裝形式。為何將接縫部位非要佈置在下鐵軛部位，而不能佈置在上鐵軛部位呢？
前面已提到，非晶合金鐵心的下軛是可拆起的，也就是非晶片是活片，極易受到損傷，裝配後不能承受壓力。在變壓器器身裝配完畢後，整體器身需要翻轉180°，不能發生碰撞和扭曲現象。非晶合金鐵心在變壓器裝配後以至於以後的變壓器運行中一直要處於懸掛狀態，為避免非晶合金鐵心受到較大的應力而出現損耗增大現象或掉落金屬粉末的缺陷而進行的設計，因此把這部分佈置到下面去。一般較小規格產品可以直接用吊車翻轉。產品規格較大些時使用吊車翻轉就很不方便，必須使用專用翻轉檯翻轉才能保證質量。
（3）因為非晶合金鐵心所特有的壓敏性，對夾件結構提出來了特殊的要求，即要求夾件對鐵心除應起到夾持作用外，還要有防護作用。因此其夾件結構較特殊，與S9或S11變壓器夾件全然不同。在設計中主要應做到在鐵軛兩側及頂部或下部，以及在邊柱兩側面均應設有絕緣板進行絕緣，外面要有鋼板夾件結構件進行保護。在產品的設計上要體現出相應的措施。
5 、結束語
根據中國電力發展相關數據統計，2004年度，我國配電變壓器產量為2.4億KVA，如果30%使用非晶合金鐵心變壓器，可節約電能11.4億KWH，減少燃煤發電有害氣體排放11000噸，同時在節約能源、降低線損方面效果明顯。
通過上表我們可以看出，三相油浸式非晶合金鐵心配電變壓器與S11型三相油浸式配電變壓器相比，非晶合金鐵心變壓器的空載損耗節約60%以上。空載電流下降約80%，是目前節能效果較理想的配電變壓器，特別適用於農村電網和欠發達地區等負載率較低的地方。但其有效材料消耗較大，製造耗費工時較多，因而成本較高。
按目前材料價格計算，前者的價格約為後者的1.3倍。這一價格與前些年相比，供需雙方還是可以接受的，這就有利於大範圍推廣應用。另外，採購變壓器不能只看價格，應對總費用（TOC）進行評估，看其在壽命期內的總成本是否最低。這也是國際上通用的方法。2005年6月，國家電網公司農電工作部在組織討論非晶合金變壓器標準時，已將此方法作為該標準的附錄。
通過對非晶合金鐵心變壓器的運行成本、有效材料成本及投資回收期等方面進行分析我們可以得出如下的結論：
（1）SH15型非晶合金鐵心變壓器與S11型變壓器相比，其年運行成本平均降低23%。
（2）SH15型非晶合金鐵心變壓器僅通過其節約電費，可以用4年多時間就能收回投資差值。
（3）SH15型非晶合金鐵心變壓器在設計結構上，加工工藝上均採取了先進的技術措施，具有較高的可靠性，完全可以滿足電力用戶的需求。
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