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【摘 要】城市轨道交通是城市公用事业中的耗能大户，需要设置大量的变压器为牵引负荷、动力照明负荷供电，所以在城市轨道交通领域采用节能型变压器就显得尤为必要。非晶合金变压器作为一种高效节能的变压器，是未来的主流方向。本文就非晶合金变压器的产品特点进行论述，探究非晶合金变压器在城市轨道交通领域的发展前景。
【关键词】非晶合金变压器；城市轨道交通
一、非晶合金变压器的介绍
在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料， 一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。采用一种快速凝固的工艺，将处于熔融状态的高温合金液体喷射到高速旋转的冷却辊上，合金液以极快的速度迅速冷却，形成非晶带材。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。
非晶合金变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯的变压器空载损耗低很多，是节能效果较理想的变压器，特别适用于负载率低的地方。
世界上最早研发非晶合金变压器的国家是美国，当时由美国通用电气（GE）公司承担了非晶合金变压器的研制项目。目前非晶合金变压器技术已经在世界上许多国家得到应用和发展，在日本、印度、欧盟、加拿大和菲律宾等国家或地区都有非晶合金变压器制造厂。我国非晶合金变压器技术应用与发展较晚，最初只是将非晶合金材料应用于电子行业，20世纪80年代开始非晶合金变压器的研制工作，近年来非晶合金变压器的发展才相对较为迅速。
二、非晶合金变压器的技术特点
非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是空载损耗值低。变压器的空载损耗主要由涡流损耗和磁滞损耗组成。涡流损耗与铁芯材料的厚度成正比，与电阻率成反比。磁滞损耗与磁滞回线所包络的面积成正比。非晶合金带材的厚度一般仅为0.03mm，比冷轧硅钢片的厚度小很多，电阻率是冷轧硅钢片的3倍左右，因此由非晶合金制成的铁芯的涡流损耗要比硅钢片制成的铁芯小很多。另外，非晶合金的磁滞回线所包络的面积要远远小于硅钢片，因此其磁滞损耗也很小。上述原因决定了非晶合金变压器的空载损耗非常低。
以目前在我国城市轨道交通系统中得到广泛应用的S9系列节能变压器为例，下表列出了非晶合金变压器与S9系列干式变压器不同容量的空载损耗对比表。
将非晶合金变压器与S9配电变压器相比，我们可以试着计算出在一年中节约的点亮。以800kVA这一档为例，不考虑变压器的负载损耗，则一台变压器每年能减少的电能损耗=24*365*（1150-380）=6745kW·h。
通过上述计算可以看出，非晶合金变压器还是具有很明显的节能优势。
非晶合金带材导磁性能突出，来用作制造变压器的铁芯材料，能使制造出来的变压器获得很低的损耗值。但它具有许多特性在变压器设计和制造中是必须保证和考虑的。主要体现以下几个方面：
（1）非晶合金片材料的硬度很高，用常规工具是难以剪切的，所以设计时应考虑减少剪切量。
（2）非晶合金单片厚度极薄，材料表面也不是很平坦，则铁芯填充系数较低。
（3）非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时，必须避免采用以铁芯作为主承重结构件的传统设计方案。
（4）为了获得优良的低损耗特性，非晶合金铁芯片必须进行退火处理。
非晶合金变压器虽然节能效果显著，但它也有不足之处：
首先，非晶合金变压器相对于常规的硅钢片变压器来说，非晶合金铁芯截面大，用量也大。因而造成非晶合金变压器造价高，一般为硅钢片变压器的1.3倍。
其次，非晶合金带材薄且脆，无法承受较大的压力。
再次，非晶合金带材的磁致伸缩大于硅钢片，因此非晶合金变压器的噪声要大于硅钢片变压器。如何降低非晶合金变压器的噪声是需要继续研究的课题。
另外，从电力系统中近年来公布的变压器事故分析结论来看，非晶合金变压器抗短路能力不足是很多起事故中的重要原因。由于非晶合金带材具有薄、硬、脆的特点，难以剪切，因此非晶合金变压器铁芯截面均采用矩形，相应高低压侧绕组也只能采用矩形，矩形绕组相对圆形绕组而言抗短路能力较差。因此，如何提高非晶合金变压器的抗短路能力也是一个需要深入研究的问题。
三、应用前景分析
随着我国节能降耗政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。高能耗配电变压器面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。非晶合金变压器兼具了节能性和经济性，其显著特点是空载损耗很低，符合国家产业政策和电网节能降耗的要求，是目前节能效果较为先进，使用成本也较为经济的变压器产品。
此前，非晶合金变压器行业发展缓慢，主要是由于非晶合金变压器的制造成本较传统硅钢变压器高，而制造成本高的根源在于上游带材依赖于进口，国内不能大规模生产非晶合金带材。再加上城市轨道交通建设单位节能意识不强，因而导致非晶合金变压器在轨道交通领域的推广进展缓慢。随着国产非晶合金带材大规模量产及带材质量的进一步提升，非晶合金变压器的制造成本将大大降低，这也将推动整个非晶合金变压器行业快速发展。
目前国内的上海置信、镇江中电、常州华特、顺特电气等生产商均已通过引进国外技术或依靠自主研发制造出性能满足相关标准要求的非晶合金变压器，并具备批量生产的能力。
城市轨道交通系统作为电力系统中的用电大户，需设置大量的变压器为列车牵引负荷及车站动照负荷供电，每个车站少则2台变压器，多则4台甚至6台变压器。所以积极地推进新型节能变压器的使用，不但可以降低城市轨道交通供电系统的损耗，为城市轨道交通运营单位节约运营费用，也能效应国家节能减排的号召，为缓解城市电力短缺局面提供帮助。
随着国家对使用非晶合金变压器节能环保认识上趋于统一，并加大对非晶合金变压器的推广力度，可以预料，未来非晶合金变压器在市场中的份额必将大幅上升。
参考文献：
[1]上海置信电气股份有限公司.非晶合金变压器的节能技术.上海节能宣传周专栏，2012年第6期.
[2]刘道生，天津市特变電工变压器公司.我国非晶合金变压器技术调研分析报告.电气制造.2012年第2期.
[3]薛金喜，非晶合金变压器的设计、应用效果及前景分析.中国电力教育.2012年第3期.
[4]周雷等，非晶合金变压器及其节能效应分析.农业科技与装备.2012年第4期.
[5]邱在东等，非晶合金变压器抗短路能力提高方法的研究.河南科技学院学报.2012年第3期
【关键词】非晶合金变压器；城市轨道交通
一、非晶合金变压器的介绍
在日常生活中人们接触的材料一般有两种：一种是晶态材料，另一种是非晶态材料。所谓晶态材料，是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之，内部原子排列处于无规则状态，则为非晶态材料， 一般的金属，其内部原子排列有序，都属于晶态材料。采用一种快速凝固的工艺，将处于熔融状态的高温合金液体喷射到高速旋转的冷却辊上，合金液以极快的速度迅速冷却，形成非晶带材。非晶态合金与晶态合金相比，在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。
非晶合金变压器是用新型导磁材料——非晶合金制作铁芯而成的变压器，它比硅钢片作铁芯的变压器空载损耗低很多，是节能效果较理想的变压器，特别适用于负载率低的地方。
世界上最早研发非晶合金变压器的国家是美国，当时由美国通用电气（GE）公司承担了非晶合金变压器的研制项目。目前非晶合金变压器技术已经在世界上许多国家得到应用和发展，在日本、印度、欧盟、加拿大和菲律宾等国家或地区都有非晶合金变压器制造厂。我国非晶合金变压器技术应用与发展较晚，最初只是将非晶合金材料应用于电子行业，20世纪80年代开始非晶合金变压器的研制工作，近年来非晶合金变压器的发展才相对较为迅速。
二、非晶合金变压器的技术特点
非晶合金铁芯配电变压器的最大优点是空载损耗值低。变压器的空载损耗主要由涡流损耗和磁滞损耗组成。涡流损耗与铁芯材料的厚度成正比，与电阻率成反比。磁滞损耗与磁滞回线所包络的面积成正比。非晶合金带材的厚度一般仅为0.03mm，比冷轧硅钢片的厚度小很多，电阻率是冷轧硅钢片的3倍左右，因此由非晶合金制成的铁芯的涡流损耗要比硅钢片制成的铁芯小很多。另外，非晶合金的磁滞回线所包络的面积要远远小于硅钢片，因此其磁滞损耗也很小。上述原因决定了非晶合金变压器的空载损耗非常低。
以目前在我国城市轨道交通系统中得到广泛应用的S9系列节能变压器为例，下表列出了非晶合金变压器与S9系列干式变压器不同容量的空载损耗对比表。
将非晶合金变压器与S9配电变压器相比，我们可以试着计算出在一年中节约的点亮。以800kVA这一档为例，不考虑变压器的负载损耗，则一台变压器每年能减少的电能损耗=24*365*（1150-380）=6745kW·h。
通过上述计算可以看出，非晶合金变压器还是具有很明显的节能优势。
非晶合金带材导磁性能突出，来用作制造变压器的铁芯材料，能使制造出来的变压器获得很低的损耗值。但它具有许多特性在变压器设计和制造中是必须保证和考虑的。主要体现以下几个方面：
（1）非晶合金片材料的硬度很高，用常规工具是难以剪切的，所以设计时应考虑减少剪切量。
（2）非晶合金单片厚度极薄，材料表面也不是很平坦，则铁芯填充系数较低。
（3）非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时，必须避免采用以铁芯作为主承重结构件的传统设计方案。
（4）为了获得优良的低损耗特性，非晶合金铁芯片必须进行退火处理。
非晶合金变压器虽然节能效果显著，但它也有不足之处：
首先，非晶合金变压器相对于常规的硅钢片变压器来说，非晶合金铁芯截面大，用量也大。因而造成非晶合金变压器造价高，一般为硅钢片变压器的1.3倍。
其次，非晶合金带材薄且脆，无法承受较大的压力。
再次，非晶合金带材的磁致伸缩大于硅钢片，因此非晶合金变压器的噪声要大于硅钢片变压器。如何降低非晶合金变压器的噪声是需要继续研究的课题。
另外，从电力系统中近年来公布的变压器事故分析结论来看，非晶合金变压器抗短路能力不足是很多起事故中的重要原因。由于非晶合金带材具有薄、硬、脆的特点，难以剪切，因此非晶合金变压器铁芯截面均采用矩形，相应高低压侧绕组也只能采用矩形，矩形绕组相对圆形绕组而言抗短路能力较差。因此，如何提高非晶合金变压器的抗短路能力也是一个需要深入研究的问题。
三、应用前景分析
随着我国节能降耗政策的不断深入，国家鼓励发展节能型、低噪音、智能化的配电变压器产品。高能耗配电变压器面临着技术升级、更新换代的需求，未来将逐步被节能、节材、环保、低噪音的变压器所取代。非晶合金变压器兼具了节能性和经济性，其显著特点是空载损耗很低，符合国家产业政策和电网节能降耗的要求，是目前节能效果较为先进，使用成本也较为经济的变压器产品。
此前，非晶合金变压器行业发展缓慢，主要是由于非晶合金变压器的制造成本较传统硅钢变压器高，而制造成本高的根源在于上游带材依赖于进口，国内不能大规模生产非晶合金带材。再加上城市轨道交通建设单位节能意识不强，因而导致非晶合金变压器在轨道交通领域的推广进展缓慢。随着国产非晶合金带材大规模量产及带材质量的进一步提升，非晶合金变压器的制造成本将大大降低，这也将推动整个非晶合金变压器行业快速发展。
目前国内的上海置信、镇江中电、常州华特、顺特电气等生产商均已通过引进国外技术或依靠自主研发制造出性能满足相关标准要求的非晶合金变压器，并具备批量生产的能力。
城市轨道交通系统作为电力系统中的用电大户，需设置大量的变压器为列车牵引负荷及车站动照负荷供电，每个车站少则2台变压器，多则4台甚至6台变压器。所以积极地推进新型节能变压器的使用，不但可以降低城市轨道交通供电系统的损耗，为城市轨道交通运营单位节约运营费用，也能效应国家节能减排的号召，为缓解城市电力短缺局面提供帮助。
随着国家对使用非晶合金变压器节能环保认识上趋于统一，并加大对非晶合金变压器的推广力度，可以预料，未来非晶合金变压器在市场中的份额必将大幅上升。
参考文献：
[1]上海置信电气股份有限公司.非晶合金变压器的节能技术.上海节能宣传周专栏，2012年第6期.
[2]刘道生，天津市特变電工变压器公司.我国非晶合金变压器技术调研分析报告.电气制造.2012年第2期.
[3]薛金喜，非晶合金变压器的设计、应用效果及前景分析.中国电力教育.2012年第3期.
[4]周雷等，非晶合金变压器及其节能效应分析.农业科技与装备.2012年第4期.
[5]邱在东等，非晶合金变压器抗短路能力提高方法的研究.河南科技学院学报.2012年第3期