[align=left] 由于低損耗是電力傳輸設(shè)備的重要性能指標(biāo)之一，因此非晶合金鐵心變壓器以其顯著的低鐵損（空載損耗）性能倍受生產(chǎn)制造和電力用戶的關(guān)注。近年來通過不斷的改進(jìn)非晶合金的品質(zhì)性能，提高非晶合金鐵心的生產(chǎn)規(guī)模，從而大大地降低了非晶合金鐵心的價(jià)格，而且供貨商可以根據(jù)要求提供不同規(guī)格的卷制心，使非晶合金鐵心在配電變壓器的制造和使用上都得到較大的推動(dòng)。那么什么是非晶合金鐵心呢?它的物理性能如何?低損耗的性能究竟如何呢? 這些都值得我們電力設(shè)備的運(yùn)行管理部門和試驗(yàn)技術(shù)人員予以關(guān)注。 [b]1　什么是“非晶態(tài)合金” [/b]　　“非晶態(tài)合金”最早是由美國(guó)加利弗尼亞工科大學(xué)的P.Duwez等人于1960年發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)將其用于磁傳感器，如：超級(jí)市場(chǎng)、圖書館等。其后由美國(guó)GE公司（通用電氣公司）的Luborsky進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)其低鐵損性能（0.44 W/kg），從而引起人們的關(guān)注，開始研究將其用于變壓器的鐵心制造。 　　用于變壓器鐵心制造的“非晶態(tài)合金”主要是以鐵（Fe）、鈷（Co）、硅（Si）、硼（B）、碳（C）等 元素依一定的配比合成，在高溫熔化的條件下，經(jīng)過高速旋輪使之成為合金箔。由于高速旋輪的作用和冷卻時(shí)的溫度驟降，使得這種工藝生產(chǎn)的合金箔的原子結(jié)構(gòu)類似于玻璃那樣的無規(guī)無序的排列，而沒有通常金屬合金所表征的晶體結(jié)構(gòu)。故稱其為“非晶態(tài)合金”，亦有根據(jù)其原子結(jié)構(gòu)特征稱之為“金屬化玻璃（metglas）”。 　　由于“非晶態(tài)合金”沒有明顯的晶格界面，無規(guī)的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)在磁場(chǎng)的作用下矯頑力很低，因而“磁滯損耗”明顯減小。加上“非晶態(tài)合金”材料本身為箔帶，厚度一般為0.003 mm，僅為普通硅鋼片材料的十分之一，而且其電阻率較高，因此它是一種低損耗的軟磁材料。 　　我國(guó)對(duì)于“非晶態(tài)合金”的研究工作大約開始于1977年，通過近20年的努力，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的冶金工業(yè)部北京鋼鐵研究總院和上海鋼鐵研究所都具有一定的“非晶態(tài)合金”箔帶的生產(chǎn)能力，最大寬度約150～200 mm。國(guó)外亦 有廠商（ALLIEDSIGNAL）在國(guó)內(nèi)投資生產(chǎn)加工基地，并可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求提供繞制成型的開口或封閉式鐵心。近10年來，國(guó)內(nèi)的不少?gòu)S家采用“非晶態(tài)合金”鐵心研制了10 kV級(jí)30～250 kVA油浸或環(huán)氧樹脂絕緣的配電變壓器及1 600 kVA的中頻變壓器，這些研制的產(chǎn)品目前大都已掛網(wǎng)運(yùn)行。更有跡象表明：一些采用“非晶態(tài)合金”鐵心的高壓互感器也在研制或生產(chǎn)之中。采用“非晶態(tài)合金”鐵心的電力設(shè)備目前大多沒有完備的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，它給我們的主要印象為“低能耗”，但是在使用中它的綜合技術(shù)性能指標(biāo)究竟如何?作為現(xiàn)場(chǎng)的工程技術(shù)人員，我們對(duì)采用“非晶態(tài)合金”鐵心的電力設(shè)備與采用普通硅鋼片鐵心的電力設(shè)備的技術(shù)性能的差異應(yīng)有所把握。 [b]2　“非晶態(tài)合金”材料的電磁和物理性能 [/b]　　為了充分了解“非晶態(tài)合金”材料的電磁和物理性能與硅鋼片的差異，表1列出了兩類材料的性能比較。 　　在同等磁通密度下，非晶態(tài)合金鐵心的損耗僅為硅鋼片鐵心的四分之一，勵(lì)磁功率約為硅鋼片鐵心的一半；電阻率為硅鋼片鐵心的3倍。另外，由于非晶態(tài)合金箔帶的生產(chǎn)工藝過程比硅鋼片的生產(chǎn)工藝過程減少了鑄錠、初軋（開坯）、熱軋、冷軋及其中間工序，使加工程序大為簡(jiǎn)化，據(jù)核算其整個(gè)工藝過程的能源消耗僅為硅鋼片鐵心生產(chǎn)過程的20%～ 25%。由此可見的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是極為可觀的。 　　然而，非晶態(tài)合金材料也有諸多的不足之處。如：作為鐵心材料其工作磁密（1.4 T）小于硅鋼片材料（1.76 T）；疊片填充因數(shù)較小，一般為0.75～0.8 0，約為硅鋼片材料的疊片填充因數(shù)（一般為0.95～0.97） 的84% ；材料厚度很薄，硬度高，脆性大，不便于加工；熱穩(wěn)定性能欠佳，若有局部過熱，并超出 一定的范圍，材料的導(dǎo)磁性能就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的惡化；除此之外，非晶態(tài)合金鐵心必須在磁場(chǎng) 條件下采用惰性氣體保護(hù)進(jìn)行退火。 [b]3　影響非晶態(tài)合金材料鐵心低損耗性能的工藝因素 [/b]　　非晶態(tài)合金鐵心的低損耗性能取決于生產(chǎn)工藝中的全過程，其中主要是內(nèi)應(yīng)力的消除是否完全。那么內(nèi)應(yīng)力是如何影響非晶態(tài)合金鐵心的低損耗性能的呢? 　　[b]3.1　卷鐵心彎曲半徑的影響 [/b]　　由于非晶態(tài)合金箔帶的厚度非常薄，約為硅鋼片材料的十分之一，正因?yàn)槿绱?，非晶態(tài)合金材料十分便于制造卷鐵心變壓器。根據(jù)試制結(jié)果得到圖1，由圖可知，繞制的鐵心直徑越小，鐵心的損耗就越大。據(jù)資料報(bào)道：在365 ℃下采用一定磁場(chǎng)條件對(duì)非晶態(tài)合金進(jìn)行退火處理，非晶態(tài)合金鐵心損耗性能可能恢復(fù)原來水平。 [/align] 　　 圖1　不同繞制彎曲半徑下的鐵心損耗 　[b]　3.2　接縫方式對(duì)鐵損的影響 [/b]　　在制造卷鐵心變壓器時(shí)，可以采用直接在鐵心上的線圈模架上繞制線圈；也可以采用“開口 卷鐵心”，然后插入成型線圈。由于鐵心套入線圈后便不能采用退火工藝，因此對(duì)制造較大 容量的變壓器而言，采用“開口卷鐵心”是較為實(shí)際的方式。 　　圖2表示了鐵心不同的搭接方式對(duì)鐵心損耗的影響程度。根據(jù)國(guó)外有關(guān)資料報(bào)道，當(dāng)開口卷鐵心經(jīng)過退火，或者鐵心尺寸較大時(shí)，套裝線圈的裝配操作對(duì)非晶合金鐵心的損耗的影響可以忽略不計(jì)。但是根據(jù)國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)工藝及管理現(xiàn)狀，對(duì)鐵心開口后的損耗水平的變化未見報(bào)道。 　　 圖2　不同的接縫方式對(duì)開口卷鐵心損耗的影響 　　3.3　退火工藝 　　由于制做非晶態(tài)合金鐵心的材料是在急劇冷卻的狀態(tài)下制成箔帶的，材料中仍然存在著細(xì)微的殘余應(yīng)力，采用退火方式可以消除這些殘余應(yīng)力，但是退火工藝要求采用氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛，并以適當(dāng)?shù)臏囟纫约把夭瓗чL(zhǎng)度方向的足夠的磁場(chǎng)強(qiáng)度。2605 Sc的退火溫度推薦值為345 ℃；試驗(yàn)對(duì)比表明：退火溫度低于345 ℃，鐵損將增加25%。而退火時(shí)的磁場(chǎng)強(qiáng)度推薦值為2～8 A/cm，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度低于0.5 A/cm時(shí)，對(duì)鐵損的降低效 果不夠明顯。 　　3.4　外部應(yīng)力的影響 　　由上述涉及對(duì)鐵損的影響程度來看，對(duì)于加工成卷的非晶態(tài)合金鐵心，即使采用了各種消除內(nèi)應(yīng)力的措施后，產(chǎn)品的總裝配所造成的應(yīng)力，也難免會(huì)使鐵心損耗上升。生產(chǎn)裝配中的綁扎支撐，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中及事故中的震動(dòng)受力，都會(huì)使鐵心損耗發(fā)生變化。鐵心損耗的大小在變壓器運(yùn)行的過程中是判斷設(shè)備運(yùn)行狀況的技術(shù)指標(biāo)。由于損耗改變的隨機(jī)性較大，對(duì)判斷設(shè)備狀態(tài)造成一定的困難。 4　非晶態(tài)合金鐵心變壓器和硅鋼片鐵心變壓器性能對(duì)比 　　根據(jù)我國(guó)現(xiàn)有工藝生產(chǎn)的非晶態(tài)合金鐵心變壓器，隨著變壓器的容量不同，其性能比也會(huì)發(fā)生一定的變化。表2是非晶態(tài)合金鐵心變壓器和硅鋼片鐵心的變壓器的性能對(duì)比。 　　由表2可見，小容量變壓器以非晶態(tài)合金鐵心變壓器性能為優(yōu)，當(dāng)容量增大 后，鐵心變壓器與硅鋼片鐵心的變壓器的性能持平，非晶態(tài)合金鐵心變壓器在鐵耗上節(jié)約的 幅度與其銅耗上超出硅鋼片鐵心的變壓器的部分相抵。雖然未能得到相關(guān)的質(zhì)量數(shù)據(jù)，但因 非晶態(tài)合金鐵心的工作磁密低于硅鋼片鐵心的變壓器，可以肯定的是：大容量非晶態(tài)合金鐵 心變壓器的質(zhì)量和體積都會(huì)超過同容量的硅鋼片鐵心的變壓器。 　　因此，在評(píng)估非晶態(tài)合金鐵心變壓器時(shí)，要全面核算其經(jīng)濟(jì)效能比。在使用上還應(yīng)更多地考慮設(shè)備運(yùn)行的安全等級(jí)，全面地把握設(shè)備的安全狀況。 [b]5　建議 [/b]　　非晶態(tài)合金鐵心變壓器在鐵心損耗上明顯低于取向冷軋硅鋼片，在節(jié)能降耗上具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。但是，非晶態(tài)合金鐵心的低損耗性能 受多種因素的影響，從現(xiàn)有的資料報(bào)道來看，對(duì)其沒有全面地進(jìn)行同等工藝水平下的經(jīng)濟(jì)效能評(píng)估，部分試驗(yàn)運(yùn)行的產(chǎn)品，運(yùn)行一年后，空載損耗變化達(dá)25%，這些情況是否具有普遍性，需要繼續(xù)統(tǒng)計(jì)和觀察。 　　根據(jù)以往國(guó)內(nèi)某些生產(chǎn)廠家的設(shè)計(jì)原則，最大磁通密度的選擇是按照設(shè)備標(biāo)稱容量的80%～ 85%來選擇的，因此設(shè)備的滿負(fù)荷運(yùn)行是工作在磁化曲線的非線性段。由于非晶合金鐵心在 高溫和過激磁的情況下，導(dǎo)磁性能會(huì)發(fā)生不可恢復(fù)的損壞，因此，對(duì)于那些導(dǎo)磁性能敏感的 電器設(shè)備，更應(yīng)嚴(yán)格評(píng)價(jià)鐵心過激磁的可能性。 　　目前，非晶合金鐵心的價(jià)位較高（40元/kg），為取向硅鋼片的4倍，全面評(píng)估非晶合金鐵心變壓器（互感器）的經(jīng)濟(jì)性能和安全效能是十分必要的。 [b]參考文獻(xiàn) [/b]　　［1］　IEEE CH2133-7/85/0000-0205，Evaluation of Electrical Insulation Exposed to Amorphous Metal Transformer Core Annealing Temperature［S］