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我們先從非晶材料 (amorphous materials)說起,在日常生活中人們接觸的材料一般有兩種:一種是晶態(tài)材料,另一種是非晶態(tài)材料。所謂晶態(tài)材料,是指材料內(nèi)部的原子排列遵循一定的規(guī)律。反之,內(nèi)部原子排列處于無規(guī)則狀態(tài),則為非晶態(tài)材料, 一般的金屬,其內(nèi)部原子排列有序,都屬于晶態(tài)材料�？茖W家發(fā)現(xiàn),金屬在熔化后,內(nèi)部原子處于活躍狀態(tài)。一但金屬開始冷卻,原子就會隨著溫度的下降,而慢慢地按照一定的晶態(tài)規(guī)律有序地排列起來,形成晶體。如果冷卻過程很快,原子還來不及重新排列就被凝固住了,由此就產(chǎn)生了非晶態(tài)合金,制備非晶態(tài)合金采用的正是一種快速凝固的工藝。將處于熔融狀態(tài)的高溫液體噴射到高速旋轉的冷卻輥上。合金液以每秒百萬度的速度迅速冷卻,僅用千分之一秒的時間就將1300℃的合金液降到室溫,形成非晶帶材。

非晶態(tài)合金與晶態(tài)合金相比,在物理性能、化學性能和機械性能方面都發(fā)生了顯著的變化。以鐵基非晶合金為例,它具有高飽和磁感應強度和低損耗的特點。由于這樣的特性,非晶態(tài)合金材料在電子、航空、航天、機械、微電子等眾多領域中具備了廣闊的應用空間。例如,用于航空航天領域,可以減輕電源、設備重量,增加有效載荷。用于民用電力、電子設備,可大大縮小電源體積,提高效率,增強抗干擾能力。微型鐵芯可大量應用于ISDN中的變壓器。非晶條帶用來制造超級市場和圖書館防盜系統(tǒng)的傳感器標簽。非晶合金神奇的功效,具有廣闊的市場前景。

在對非晶材料有了初步的了解后,我們再來看一下非晶帶材的一個非常具有前景的應用領域——非晶變壓器。非晶合金鐵芯變壓器是用新型導磁材料——非晶合金制作鐵芯而成的變壓器,它比硅鋼片作鐵芯變壓器的空載損耗(指變壓器次級開路時,在初級測得的功率損耗)下降80%左右,空載電流(變壓器次級開路時,初級仍有一定的電流,這部分電流稱為空載電流)下降約85%,是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器,特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等配變利用率較低的地方。中國的上市公司——Satons從美國通用電氣公司引進非晶合金變壓器的專有技術后,通過消化吸收,自主創(chuàng)新開發(fā)了適合中國電網(wǎng)運行的非晶合金變壓器系列產(chǎn)品,已經(jīng)成為目前國內(nèi)規(guī)模最大的非晶合金變壓器專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè),這證明了非晶材料廣闊的市場空間。

非晶合金是一種集制造節(jié)能和應用節(jié)能于一身的高科技綠色材料。我國的非晶合金材料研究起步于上世紀70年代中期,國家科技部從"六五"開始連續(xù)五個五年計劃均將非晶、納米晶合金研究開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化列入重大科技攻關項目。

非晶合金材料的制造采用先進的快速凝固技術,在制造過程中節(jié)約能耗80%左右,而且制造過程無污染排放,實現(xiàn)了綠色制造。

非晶合金鐵芯配電變壓器的最大優(yōu)點是,空載損耗值特低。最終能否確�？蛰d損耗值,是整個設計過程中所要考慮的核心問題。當在產(chǎn)品結構布置時,除要考慮非晶合金鐵芯本身不受外力的作用外,同時在計算時還須精確合理選取非晶合金的特性參數(shù)。除此設計思路外,還須遵循以下三點要求:

1、由于非晶合金材料的飽和磁密較低,在產(chǎn)品設計時,額定磁通密度不宜選得太高,通常選取1.3~1.35T磁通密度便可獲得較好的空載損耗值。

2、非晶合金材料的單片厚僅為0.03mm,所以其疊片系數(shù)也只能達到82%~86%。

3、為了使用戶能獲得免維護或少維護的好處,現(xiàn)把非晶合金配電變壓器的產(chǎn)品,都設計成全密封式結構。

變壓器非晶合金結構特點

利用導磁性能突出的非晶合金,來用作制造變壓器的鐵芯材料,最終能獲得很低的損耗值。但它具有許多特性,在設計和制造中是必須保證和考慮的。主要體體現(xiàn)以下幾個方面:

1、非晶合金片材料的硬度很高,用常規(guī)工具是難以剪切的,所以設計時應考慮減少剪切量。

2、非晶合金單片厚度極薄,材料表面也不是很平坦,則鐵芯填充系數(shù)較低。

3、非晶合金對機械應力非常敏感。結構設計時,必須避免采用以鐵芯作為主承重結構件的傳統(tǒng)設計方案。

4、為了獲得優(yōu)良的低損耗特性,非晶合金鐵芯片必須進行退火處理。

5、從電氣性能上。為了減少鐵芯片的剪切量,整臺產(chǎn)品的鐵芯由四個單獨的鐵心框并列組成,并且每相繞組是套在磁路獨立的兩框上。每個框內(nèi)的磁通除基波磁通外,還有三次諧波磁通的存在,一個繞組中的兩個卷鐵芯框內(nèi),其三次諧波磁通正好在相位上相反,數(shù)值上相等,因此,每一組繞組內(nèi)的三次諧波磁通向量和為零。如一次側是D接法,有三次諧波電流的回路,當在感應出的二次側電壓波形上,就不會有三次諧波電壓的分量。

根據(jù)上面分析,三相非晶合金配電變壓器最合理的結構為:鐵芯,由四個單獨鐵芯框在同一平面內(nèi)組成三相五柱式,必須經(jīng)退火處理,并帶有交叉鐵軛接縫,截面形狀呈長方形。繞組,為長方形截面,可單獨繞制成型的,雙層或多層矩形層式。油箱,為全密封免維護的波紋結構。

目前廣泛采用的新S9型配電變壓器,其鐵心所采用的導磁材料通常為30Z140高導磁冷軋硅鋼片,其飽和磁密比非晶合金高,產(chǎn)品設計時所選取的磁通密度通常在1.65~1.75T之間。這也就是非晶合金鐵心配電變壓器比新S9型配電變壓器空載損耗低的一個主要原因。表1為三相非晶合金鐵心配電變壓器與新S9型配電變壓器空載損耗值的比較。

表1 非晶合金和新S9型配電變壓器空載損耗值的比較從表1中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出,要想節(jié)約能源,通過采用新材料的方法,來降低配電變壓器的空載損耗值,是一條很有效的途徑。

三相非晶合金鐵心配電變壓器與新S9型配電變壓器相比,其年節(jié)約電能量是相當可觀的。

以800kVA為例,△P0為1.05kW;兩種型式配電變壓器的負載損耗值是一樣的,則△Pk=0, ,便可計算出一臺產(chǎn)品每年可減少的電能損耗為:

△Ws=8760(1.05+0.62×0)=9198kW·h

通過該種規(guī)格產(chǎn)品的計算可知,三相非晶合金鐵心配電變壓器系列產(chǎn)品的節(jié)能效果非同一般。由于油箱又設計成全密封式結構,使變壓器內(nèi)的油與外界空氣不接觸,防止了油的氧化,延長了產(chǎn)品的使用壽命,為用戶節(jié)約了維護費用。

非晶合金變壓器發(fā)展前景

非晶合金變壓器若能完全替代新S9系列配變,如10kV級配電變壓器年需求量按5000萬kVA計算時,那么,一年便可節(jié)電100億kW·h以上。同時,還可帶來少建電廠的良好的環(huán)保效益,少向大氣排放溫室氣體,這樣會大大地減輕對環(huán)境的直接污染,使其成為新一代名副其實的綠色環(huán)保產(chǎn)品�？傊�,國家在城鄉(xiāng)電力網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)展與改造中,若能大量推廣采用三相非晶鐵心配電變壓器產(chǎn)品,其最終會獲得節(jié)能與環(huán)保兩方面的效益。

SCRBH15型非晶合金變壓器適當成分的液體金屬,以大約每秒攝氏一百萬度的冷卻速率,急速凝固所獲得的合金,因其原子在結晶化之前即已凝固,結果使合金具有類似玻璃的非結晶原子結構及優(yōu)點的軟磁性質(zhì)。

1、超低損耗特性,省能源、用電效率高;

2、非晶金屬材料制造時使用較低能源以及其超低的損耗特性,可大幅節(jié)省電力消耗及減少電廠發(fā)電量,相對的減少CO₂ SO₂廢氣的排放,降低對環(huán)境污染及溫室效應,免保養(yǎng),無污染;

3、運轉溫度低、絕緣老化慢、變壓器使用壽命長;

4、高超載能力,高機械強度;

5、非晶鐵心在通過較高頻率磁通時,仍具有低鐵損及低激磁電流的特性而不致產(chǎn)生鐵心飽和的問題,故以非晶鐵心制成的SCRBH15型非晶合金變壓器具有較好的耐諧波能力;

6、投資回收效益快。

三、技術參數(shù)

額定功率:50/60(KVA)

效 率(η):100~1000

電 壓 比:10000/400(V)

外形結構:立式

冷卻方式:風冷式

防潮方式:灌封式

繞組數(shù)目:三繞組

鐵心結構:非晶合金

冷卻形式:干式

鐵心形狀:R型

電源相數(shù):三相

頻率特性:低頻

型 號:SCRBH15-200/10

應用范圍:電力

在倡導節(jié)能減排的大環(huán)境下,包括非晶合金變壓器在內(nèi)的多種節(jié)能設備的市場前景一致被看好,但節(jié)能設備市場卻沒有想象中的火爆,這令不少節(jié)能設備生產(chǎn)商心焦。究其原意,無非節(jié)能變壓器產(chǎn)品價格偏高,節(jié)能變壓器市場"春天"的到來尚需政策進一步加碼。

近日,面對目前傳統(tǒng)變壓器行業(yè)產(chǎn)能嚴重過剩的困境,國家鼓勵發(fā)展節(jié)能型、智能化的配電變壓器產(chǎn)品。對節(jié)能變壓器而言,不失為一個利好消息,但除了技術層面的瓶頸,節(jié)能型變壓器叫好不叫座的根本原因是價格太高,成本太大。無論是制造企業(yè)還是用戶方一時間難以消化,某種程度而言,進一步完善落實國家標準與價格補貼機制,將對節(jié)能變壓器的推廣起到關鍵作用。

變壓器工廠店據(jù)悉,11月20日,財政部、發(fā)展改革委和工信部聯(lián)合印發(fā)了《節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效節(jié)能配申變壓器推廣實施細則》,推廣產(chǎn)品為三相10千伏申壓等級、無勵磁調(diào)壓、能效等級2級及以上、額定容量30千伏安~1600千伏安的油浸式和額定容量30千伏安~2500千伏安的干式配申變壓器。該范圍涵蓋S13及以上能效標準的硅鋼變壓器和SH15非晶變壓器。這意味著國家已將節(jié)能變壓器納入財政補貼推廣范圍,當變壓器的損耗等于或低于國家鼓勵性節(jié)能政策所規(guī)定的節(jié)能評價值時,該變壓器就可結合其他指標被節(jié)能產(chǎn)品認證機構評定為節(jié)能產(chǎn)品,獲得節(jié)能認證的產(chǎn)品將可享受國家鼓勵性節(jié)能政策,并進入政府采購目錄之中。對深陷成本壓力的節(jié)能變壓器行業(yè)來說,這無異于一劑強心針。

變壓器能效標準是電力標準化工作的重點之一。2005年,電力行業(yè)就出臺了行業(yè)標準配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則,對促進老舊變壓器的替換、能效降低,起到了積極的作用�？上驳氖�,目前10千伏三相配電變壓器能效標準已形成報批稿;配電變壓器能效技術經(jīng)濟評價導則從今年7月1日起實施;變壓器環(huán)境意識設計導則自今年6月1日起實施。

這樣一來,節(jié)能型變壓器行業(yè)將迎來前所未有的發(fā)展機遇,具有巨大的市場需求。對此,企業(yè)更要做好打持久戰(zhàn)的心理準備,練好內(nèi)功,向產(chǎn)業(yè)上下游延伸,從提供差異化產(chǎn)品和特色服務入手為用戶提供優(yōu)質(zhì)服務和切實使用方案,由原來的單一產(chǎn)品供應商向用戶的綜合服務供應商轉變,從而提高產(chǎn)品的附加值和企業(yè)利潤,實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。當然,企業(yè)還應該完善銷售渠道,在原來傳統(tǒng)銷售的基礎上,試水電子商務。

非晶合金變壓器行業(yè)作為一次投入設備的一個重要分支,其技術與產(chǎn)品是成熟與完善的。

中低端變壓器產(chǎn)品技術含量低決定了行業(yè)進入壁壘不高,生產(chǎn)能力相對飽和,產(chǎn)品銷售處于完全競爭狀態(tài),由此導致的市場無序競爭格局嚴重擾亂了市場秩序,不利于整個變壓器行業(yè)的健康發(fā)展。高端產(chǎn)品市場的集中度則相對較高,其中生產(chǎn)500kV及以上變壓器產(chǎn)品的內(nèi)資企業(yè)3家;生產(chǎn)220kV變壓器的廠家目前有30家左右;生產(chǎn)110kV變壓器的廠家目前有100家左右;生產(chǎn)干式變壓器的廠家目前有100家左右。

我國電力需求增長迅速,電網(wǎng)的高速建設和投資拉動了輸變電設備的市場需求。龐大的電力建設資金給變壓器行業(yè)(包括變壓器、互感器、電抗器、組件制造廠)帶來了機遇和挑戰(zhàn),促使變壓器行業(yè)得到了快速發(fā)展。中商情報網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示,2011年前三季度,我國變壓器產(chǎn)量超過11億千伏安,同比增長13.9%。隨著電網(wǎng)改造工程的深入,電網(wǎng)升級速度的加快,我國變壓器生產(chǎn)仍將保持較快增速,預計到2015年,我國變壓器產(chǎn)量將超過20億千伏安。

隨著我國節(jié)能降耗政策的不斷深入,國家鼓勵發(fā)展節(jié)能型、低噪音、智能化的配電變壓器產(chǎn)品。高能耗配電變壓器面臨著技術升級、更新?lián)Q代的需求,未來將逐步被節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保、低噪音的變壓器所取代。非晶合金變壓器兼具了節(jié)能性和經(jīng)濟性,其顯著特點是空載損耗很低,符合國家產(chǎn)業(yè)政策和電網(wǎng)節(jié)能降耗的要求,是目前節(jié)能效果最為先進,使用成本也較為經(jīng)濟的配電變壓器產(chǎn)品。在解決了噪聲問題之后,產(chǎn)品普遍適用于城市、農(nóng)村的各類場所。2013-2017年 中國非晶合金變壓器行業(yè)市場需求預測與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告

隨著電網(wǎng)建設持續(xù)和城鄉(xiāng)配電網(wǎng)改造加速,變壓器市場需求量有望保持強勁增長態(tài)勢。2010年我國非晶合金變壓器市場規(guī)模約18億元,隨著非晶合金變壓器市場推廣加快,產(chǎn)品應用比例逐步提升。預計未來10年非晶合金變壓器市場容量將達到千億元,年均市場容量超過100億元,市場空間巨大。

在國家將鼓勵發(fā)展節(jié)能型、低噪音、智能化的配電變壓器產(chǎn)品背景下,行業(yè)內(nèi)經(jīng)營規(guī)模較大、技術研發(fā)能力較強的大型企業(yè)將面臨更多的發(fā)展機遇。置信電氣作為國內(nèi)規(guī)模最大的非晶變壓器生產(chǎn)企業(yè),公司產(chǎn)品在非晶合金變壓器市場占有率達到80%左右,行業(yè)龍頭地位穩(wěn)固,公司擬以非公開發(fā)行股份的方式購買非晶合金變壓器業(yè)務和資產(chǎn)。中商情報網(wǎng)研究員指出,隨著國家和各地電網(wǎng)公司對使用非晶合金變壓器節(jié)能環(huán)保認識上趨于統(tǒng)一,并加大對非晶合金變壓器的推廣力度,未來兩年公司非晶合金變壓器在招標中的市場份額將上升,保守預計公司今后兩年營業(yè)收入將有30%左右的增幅。

非晶合金變壓器產(chǎn)品對于安全性、可靠性的要求特別高,具有典型的技術密集型特點。從生產(chǎn)的角度來看,由于產(chǎn)品大量需要針對每一個客戶的不同要求以及項目所處的不同地理位置、自然環(huán)境等多方面因素單獨進行設計,一般只有35kV以下級別的產(chǎn)品可以一次設計、批量生產(chǎn)。因此在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中對于設計能力的要求特別高。此外,在產(chǎn)品生產(chǎn)完畢并安裝運行后,需要結合每次的設計,對產(chǎn)品的運行情況進行分析、總結,才能在以后的設計中逐步提高技術水平。

變壓器行業(yè)屬于基礎設施建設的范疇,其產(chǎn)品市場的需求與宏觀經(jīng)濟發(fā)展呈正相關關系,與國家電力工業(yè)的發(fā)展息息相關,從長期來看具有一定的周期性;從單個年份上看,變壓器行業(yè)沒有明顯的周期性、季節(jié)性特征。

市場供需狀況分析

電網(wǎng)投資拉動需求增長

隨著國民經(jīng)濟的增長和電力建設的不斷推進,國內(nèi)對電力變壓器的需求呈現(xiàn)快速上升趨勢。近年來,主要電力變壓器生產(chǎn)企業(yè)均滿負荷生產(chǎn),甚至超負荷生產(chǎn),銷售收入和利潤大幅度增長。

由于我國經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,目前國內(nèi)電力供需矛盾依然突出,為緩和上述狀況,國家目前已將加快電網(wǎng)建設、緩解電網(wǎng)瓶頸制約、提高電網(wǎng)供電能力作為關系國家安全的重要任務來抓。根據(jù)國家電網(wǎng)公司的十二五規(guī)劃,結合南方電網(wǎng)的投資計劃,預計全國十二五期間的電網(wǎng)建設和改造投資將超過10,000億元,年均投資額超過3,300億元。