非晶合变压器培训教材.ppt
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1、1非晶变压器非晶变压器技术简介技术简介Ensav AMDT Tech.Seminar美国美国ASEC公司公司上海休伯康特能源设备有限公司上海休伯康特能源设备有限公司2任何疑问或技术探讨,任何疑问或技术探讨,请联系请联系:胡雄文胡雄文 (Mr.Tom Hu)3介绍涉及内容介绍涉及内容非晶合金材料的非晶合金材料的发展发展历程历程非晶合金材料的非晶合金材料的性能性能特点特点非晶变压器的技术非晶变压器的技术经济经济性性非晶变压器的主要制造非晶变压器的主要制造技术技术非晶变压器的市场非晶变压器的市场现状与趋势现状与趋势4原子排列结构(晶体结构与非晶态结构原子排列结构(晶体结构与非晶态结构)非晶合金非晶合
2、金英赛非晶技术英赛非晶技术5非晶合金带材的制造过程非晶合金带材的制造过程材料制造材料制造英赛非晶技术英赛非晶技术6非晶材料发展历史非晶材料发展历史1950年年:实验室中金属的实验室中金属的“非晶状态非晶状态”被偶然发现被偶然发现1959年年:“快速凝固技术快速凝固技术”被发明。被发明。1966年年:研究发现了研究发现了高磁饱和度的铁基非晶合金高磁饱和度的铁基非晶合金。英赛非晶技术英赛非晶技术7非晶材料带宽变化非晶材料带宽变化19721975年年:铁基非晶合金带材诞生,带宽(铁基非晶合金带材诞生,带宽(0.1英寸英寸)。)。1975年年:“Planar Flow Casting”的制造方法诞生。
3、的制造方法诞生。1980年年:带宽增大到(带宽增大到(1英寸英寸)。)。1990年年:商品非晶带材带宽已可达到(商品非晶带材带宽已可达到(8.4英寸英寸),叠片系数达到叠片系数达到 80-82。2000年:年:商品非晶带材标准带宽:商品非晶带材标准带宽:5.6、6.7、8.4英寸英寸,叠片系数达到,叠片系数达到 8486。2005年年:叠片系数达到叠片系数达到8890。英赛非晶技术英赛非晶技术8非晶材料历史非晶材料历史 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师的一种梦想梦想,因为:,因为:磁性
4、能太好了磁性能太好了!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。以上。制造成本低!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。就可直接成材。常用的冷轧硅钢片的制造工序复杂得多,达常用的冷轧硅钢片的制造工序复杂得多,达30余道工序。余道工序。英赛非晶技术英赛非晶技术9非晶变压器发展历史非晶变压器发展历史80年代早期年代早期:非晶合金带材的宽度非晶合金带材的宽度 1英寸,材料性能不稳定;英寸,材料性能不稳定;1982年年:带宽和材料稳定性得到有效提高
5、:带宽和材料稳定性得到有效提高:EPRI(美国电力研究院)、(美国电力研究院)、ESEERCO(美全国电能研究集团)(美全国电能研究集团)、GE ASEC Allign Signal 等八大机构等八大机构 开始联合研发开始联合研发AMDT(非晶合金铁芯变压器非晶合金铁芯变压器)。至至1985年末年末:有有1000台台AMDT被制造完成并发送到被制造完成并发送到EPRI下的电力下的电力 公司的公司的90个地点开始商业个地点开始商业试运行试运行。英赛非晶技术英赛非晶技术10非晶变压器可靠性验证非晶变压器可靠性验证EPRI的的AMDT评估项目评估项目1982年启动,它分为两个阶段:年启动,它分为两个
6、阶段:第第一一阶阶段段,25台台,50KVA/15KV 箱箱变变样样机机,被被安安装装在在25个个不不同同地地点点,每每6个月测试损耗性能。个月测试损耗性能。第二阶段,在第二阶段,在90个个EPRI会员单位,安装了会员单位,安装了1000台台 杆上式配变。杆上式配变。运行结果记录:运行结果记录:截至截至1991年年11月,共有月,共有7台返还工厂修理:台返还工厂修理:其中:其中:3台,台,外部电弧闪络放电,损坏了高压套管和油箱。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。台,油箱损坏,被汽车撞击。1台,低压套管漏油台,低压套管漏油 1台,线圈损坏,过载台,线圈损坏,过载
7、250 几个小时。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。台,箱盖过度锈蚀,被安装在海岸边,严重的盐水侵蚀。英赛非晶技术英赛非晶技术11非晶变压器发展历史非晶变压器发展历史非晶合金变压器可靠性验证非晶合金变压器可靠性验证 从从1982年至年至1991年,美国年,美国EPRI下属配电网中跟踪观察的下属配电网中跟踪观察的1025台非晶变台非晶变压器挂网试运行,运行良好,没有压器挂网试运行,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。料长期负荷下性能持续保持稳定。在此期间,日本也进行了在此期间,日本也进行
8、了100台非晶变压器的试运行测试,台非晶变压器的试运行测试,运行结论完好。运行结论完好。1994年(共历时十年),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。考核,允许非晶变压器在全美电网上运行。英赛非晶技术英赛非晶技术12非晶合金铁心结构非晶合金铁心结构卷铁心卷铁心Distributed Lap Loop AMDT AMDT 非晶合金铁心非晶合金铁心英赛非晶技术英赛非晶技术13非晶合金成品铁芯非晶合金成品铁芯 AMDT AMDT 非晶合金铁心非晶合金铁心英赛非晶技术英赛非晶技术14变压器变压器空载损耗
9、对比表空载损耗对比表英赛非晶技术英赛非晶技术15非晶合金磁化曲线非晶合金磁化曲线英赛非晶技术英赛非晶技术16非晶合金损耗水平曲线非晶合金损耗水平曲线英赛非晶技术英赛非晶技术17物理参数物理参数非晶合金材料的物理特性:非晶合金材料的物理特性:1.化学元素组成:硼、硅、铁化学元素组成:硼、硅、铁 2.易碎性:薄片,易碎性:薄片,Metglass 金属玻璃金属玻璃 3.厚度:厚度:0.026mm,约为硅钢片的,约为硅钢片的1/10 4.磁致伸缩程度(磁致伸缩程度():比硅钢高):比硅钢高10英赛非晶技术英赛非晶技术18压力敏感性损耗与压力的关系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
10、形的,急速冷却时在材料内部会产生内应力,同时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。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,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,但铁心在但铁心在器身装配和运行过程中产生的应力则无法消除器身装配和运行过程中产
11、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。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。英赛非晶技术英赛非晶技术19温度敏感性磁饱和与温度的关系温度敏感性磁饱和与温度的关系磁饱和感应强度磁饱和感应强度Bm和温度的关系和温度的关系晶化温度晶化温度:“非晶态非晶态”被被“解冻解冻”的温度,晶体重新按晶体结构有序排列。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大部分铁基非晶
12、合金的晶化温度均在500以上以上。居里温度居里温度:非晶合金失去导磁能力的温度,一般在:非晶合金失去导磁能力的温度,一般在400 (METGLAS 2605SA1:395)英赛非晶技术英赛非晶技术20温度敏感性导磁力、温度与组成元素的关系温度敏感性导磁力、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中可以通过改变元素的组成来控制材料的Bm值。值。目前,用于电力变压器非晶合金一般由目前,用于电力变压器非晶合金一般由80的铁和的铁和20的硼和硅的硼和硅组成,组成,Bm值
13、在值在1.55T左右。左右。英赛非晶技术英赛非晶技术21温度敏感性损耗与温度的关系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。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,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。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
14、,上升速率加快,损耗大小与温度成正比。速率加快,损耗大小与温度成正比。(设计元素之一)设计元素之一)英赛非晶技术英赛非晶技术22典型退火曲线典型退火曲线 退火能消除应力,改善铁心性能,降低损耗。退火能消除应力,改善铁心性能,降低损耗。保温温度的下限:保温温度的下限:在一般在在一般在310以上,可消除急冷引起的内应力以上,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。时的外磁场大小应使非晶合金在退火过程中接
15、近磁饱和。英赛非晶技术英赛非晶技术23AMDT 典型结构典型结构:-单相心式单相心式-单相壳式单相壳式-三相四框五柱式三相四框五柱式AMDT AMDT 典型结构形式典型结构形式英赛非晶技术英赛非晶技术24 非晶卷铁心的关合非晶卷铁心的关合AMDT Amorphous CoreAMDT Amorphous Core英赛非晶技术英赛非晶技术25非晶铁芯性能测试非晶铁芯性能测试AMDT Amorphous Core TestAMDT Amorphous Core Test英赛非晶技术英赛非晶技术26AMDT 典型结构典型结构:单相单相AMDT AMDT 外形结构外形结构英赛非晶技术英赛非晶技术27A
16、MDT 典型结构典型结构:三相(四框五柱式)三相(四框五柱式)AMDT AMDT 外形结构外形结构英赛非晶技术英赛非晶技术28电费节约电费节约直接比较年节电费用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)(考虑直观和计算方便,忽略无功损耗和负载率的影响)英赛非晶技术英赛非晶技术29节能效果节能效果 考虑考虑无功分量无功分量和和负载率负载率时,节约能耗计算:时,节约能耗计算:英赛非晶技术英赛非晶技术30性价比评估性价比评估结论:结论:假假设设非非晶晶合合金金变变压压器器的的售售价价是是S9变变压压器器的的1.5倍倍时时,TOC法法测测算算的的非非晶晶变压器性价比比变压器性
17、价比比S9高高9%。以以上上计计算算选选用用的的是是最最保保守守的的A/B值值,当当A与与B的的比比值值取取国国际际上上通通行行的的中中间间值值5时,时,TOC法测算的非晶变压器性价比将比法测算的非晶变压器性价比将比S9高达高达20%。英赛非晶技术英赛非晶技术31节能效果节能效果 TOCTOC评估评估英赛非晶技术英赛非晶技术32节能效果节能效果 Payback Payback 投资回收期投资回收期英赛非晶技术英赛非晶技术33制造非晶变压器牵涉到的制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术五大关键技术:AMDTAMDT制造技术制造技术1.变压器内核受力结构(设计):变压器内核受力结构(设计):(由非晶材
18、料受力敏感性要求)(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。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):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)(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,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。以及对金属碎屑的游离控制,保证产品寿
19、命期内绝缘性能的高度稳定。英赛非晶技术英赛非晶技术34制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术:制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术:AMDTAMDT制造技术制造技术3.抗短路能力(设计):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)(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。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)(由非晶合金材料的磁致伸缩效应
20、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。英赛非晶技术英赛非晶技术35制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术:制造非晶变压器牵涉到的五大关键技术:AMDTAMDT制造技术制造技术5.产品装配技术产品装配技术(工艺):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)(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
21、)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。晶碎屑的游离控制。英赛非晶技术英赛非晶技术36各生产商损耗水平对照各生产商损耗水平对照英赛非晶技术英赛非晶技术37ASEC ASEC 独特技术独特技术Amorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavAmorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavTM Se
22、ries SeriesEnsavEnsavTM 英赛非晶技术英赛非晶技术四大独特专利技术: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设计、工艺工艺、装配装配流程中遇到的技术难题。流程中遇到的技术难题。英赛非晶技术英赛非晶技术38ASEC ASEC 独特技术独特技术Amorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavAmorphous Alloy Core Distribution Transformer EnsavTM Series Series1.Maglev Cir
23、cuit (PTLicense-311)悬浮磁圈技术悬浮磁圈技术2.Tuff-Flex Insulation Sysetem(PTLicense-312)Tuff-Flex 绝缘系统绝缘系统3.Noise Tube-absorbing(PTLicense-313)噪能管吸技术噪能管吸技术4.Plator Body Assembly(PTLicense-314)普莱特结构装配技术普莱特结构装配技术英赛非晶技术英赛非晶技术39ASEC ASEC 独特技术独特技术 Maglev Circuit (PTLicense-311)悬浮磁圈技术示意图悬浮磁圈技术示意图英赛非晶技术英赛非晶技术40ASEC A
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