非晶合金变压器可行性分析方案.docx

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非晶合金变压器可行性分析方案

非晶合金变压器

可行性报告

山西省电力公司电力开关厂

二00八年四月五日

非晶合金变压器可行性报告

1、非晶合金变压器的发展情况

　　在20世纪80年代，美国通用电气公司

1986年起非晶合金变压器开始正式的商业化大量生产，现已能生产最高电压35kV、最大容量2．5MVA的非晶合金变压器。

目前，在美国已有近100万台非晶合金变压器投入运行，美国每年的新装配电变压器有10％为非晶合金变压器。

我国政府也非常重视非晶合金变压器的应用。

“七五”中期我国开展了非晶合金变压器的研制工作，由于受到国内非晶合金材料的材质、带宽、价格及加工设备等因素的影响，进展比较缓慢。

1994年初，国家经济贸易委员会、国家计划委员会、原国家科学技术委员会、原电力部、原机械部、原冶金部等“三委三部”成立了“非晶合金变压器统一设计中国工作小组”，该小组为了与美国AlliedSignal<联信）公司合作而进行了大量的工作。

1995年初，在该工作组的领导下，我国6家工厂<北京变压器二厂、天津变压器总厂、辽阳变压器厂、保定变压器厂、上海变压器厂、佛山变压器厂）分别与联信公司进行合作，由联信公司提供铁心，这些厂家制造成变压器。

1995年中，前后两批样机已挂网运行。

1995年8月29日，“三委三部”在北京组织召开了非晶合金变压器样机鉴定会，对6家厂家试制的160kVA、200kVA、315kVA、500kVA4种规格6台非晶合金变压器样机进行了鉴定。

鉴定委员会认为：

“开发非晶合金变压器符合国家能源政策，非晶合金变压器是配电变压器的发展方向。

在中国生产使用非晶合金变压器技术上是可行的”。

1996年1月1日，三委三部联合签发了机重［1995］39号《关于印发非晶合金变压器样机鉴定会鉴定意见的通知》的文件，以推广这种新产品。

2006年4月，由国家发改委牵头，中国机械工业联合会与中国电器工业协会协办的“非晶合金变压器应用工作座谈会”在北京召开，非晶合金变压器再次成为关注的焦点，其显著的节能效果是使其推广的重要因素。

众所周知，变压器是输变电行业中的耗能大户。

我国变压器的总损耗占系统总发电量的10%左右，如损耗每降低1%，每年可节约上百亿度电。

配电变压器的损耗是线路损耗的一部分，我国的平均线损率又比一些先进工业国家高出8～9%。

我国在运行的配变损耗将占发电总量的2.5%，相当于7个百万KW级发电厂发出来的电供配变的能耗。

由于非晶合金变压器具有空载损耗低的特点，所以大力推广非晶合金变压器的应用对于解决我国电力供应紧张，建立节约型社会有着重要意义，是落实中央“节能减排”的有效举措。

2、非晶合金变压器的特点

2.1非晶带材制造流程简单，工艺技术含量高

用于变压器铁心材料的非晶合金，是主要以铁、镍、钴等金属为合金基，并加入少量的硼、硅等元素所制成的合金，具有良好的铁磁性。

非晶态合金薄带的制造工艺与传统的硅钢片制造工艺有很大不同，硅钢片的制造过程需经过练、轧等多道工序；而非晶合金材料是以非常快的速度由液体冷却凝固成0．027mm厚的合金薄带，此工艺比常规硅钢片成材工艺节省了6～8道工序，节省能耗80％左右。

另外，晶粒取向的硅钢片成材率低，仅40％～50％左右，而非晶合金成材率可达90％。

非晶合金薄带材具有优异的软磁性能、硬度高、耐蚀性能好等特点。

但因受喷出冷却成型的工艺所限，带材宽度仅为213mm，所以目前还不能制造高电压、大容量变压器铁心。

非晶合金与硅钢的主要物理性能比较如下（表一>

非晶合金

冷轧硅钢

饱和磁感应强度T

1.54

2.03

矫顽力A/m

＜4

＞30

单位铁损W/kg

0.18

1.2

电阻率μΩ.cm

140

50

密度g/cm3

7.18

7.65

硬度hg/cm2

860

---

饱和磁致伸缩系数×10-6

30

10

最大导磁率

＞200，000

＞10，000

厚度mm

0.027

0.3

注：

铁损测量是在50Hz的工作磁密情况下测试。

2.2铁心损耗低

　　变压器的空载损耗主要是由涡流损耗和磁滞损耗组成，涡流损耗与铁心材料的厚度成正比，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。

从上表中可以看出非晶合金带材的厚度仅为27μm，是冷轧硅钢片的1/11左右，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心，它的涡流损耗比冷轧硅钢片制成的铁心要小很多；另外非晶合金的矫顽力小于4A/m,是冷轧硅钢片的1/7左右，非晶合金的磁滞回线所包络的面积远远小于冷轧硅钢片，因此非晶合金的磁滞损耗比冷轧硅钢片的也小很多；综上所述，非晶合金带材是一种具有优异软磁性能的材料，非晶合金变压器的空载损耗非常低，仅为S9型硅钢变压器的20%。

所以，非晶合金变压器是非常优异的低损耗节能变压器。

非晶合金变压器由于损耗低，发热少，温升低，故运行性能非常稳定，SBH15系列非晶配变与我国现在推行使用的S9系列配电变压器的损耗比较见表2，表3是美国杜克电力公司对1台25kVA、单相柱上式非晶合金变压器的测量记录。

表2：

SBH15系列非晶配变与我国S9系列配电变压器损耗比较

SBH15系列非晶配变

S9系列

额定容量/kVA

空载损耗/W

负载损耗/W

额定容量/kVA

空载损耗/W

负载损耗/W

80

51

925

80

250

1250

160

82

1436

160

400

2200

315

170

2650

315

670

3650

500

240

5150

500

960

5100

800

310

4468

800

1400

7500

1000

420

1000

1700

10300

表3：

美国杜克电力公司25kVA非晶合金变压器测量数据

测量日期

铁心损耗/W

励磁电流/A

1982-03

34.9

0.8

1982-06

34.9

0.84

1983-04

34.8

0.73

1983-09

34.8

0.79

1984-04

35.2

0.73

1984-08

34.1

0.79

1985-04

35.4

0.75

1986-05

35.1

0.8

1988-06

34.7

0.81

1988-09

35.0

0.77

1990-04

34.8

0.79

据有关资料介绍，在美国，1985年以前挂网试运行的1000台非晶合金变压器中，至今仅有7台返厂维修，且没有1台是由于铁心问题而返修的。

返修的7台非晶合金变压器中，3台是由于雷电引起高压套管闪络损坏，1台是低压套管漏油，1台是由于过负荷<250％）使线圈损坏，另2台的油箱因受外力作用及箱盖锈蚀而损坏。

1985年以后投运的70000台非晶合金变压器中，也没有发现1台铁心出现问题。

3、非晶合金变压器的技术经济分析

　当变压器运行时，由于空载损耗和负载损耗等性能参数的不同，所以年运行能耗也不同，下面以200kVA和500kVA两个容量规格来列表比较SBH16型非晶合金变压器与S9硅钢变压器的性能参数和年运行能耗<比较值见表4）。

表4：

非晶合金变压器节能效果比较表

容量kVA

产品系列

空载损耗W

负载损耗W

年运行能耗kwh

每年节约能耗kwh

200

SBH16

90

2600

5313

4818

S9

480

2600

10131

-----

500

SBH16

190

5150

11089

9373

S9

960

5150

20462

-----

注：

a.假设无功当量系数取0.1kw/kVar。

b.年平均负载系数取0.35；

c.年运行时间按8760小时计算；

从表2中可以看出，一台500kVA的SBH16型非晶合金变压器运行一年后比S9硅钢变压器节约能耗约9.4千度电。

1.性价比

国家发改委为推动节能产品的应用特制定了“配电变压器能效技术经济评价导则”

经该法则评估计算，非晶合金配电变压器是性价比最好的配电变压器类产品。

总拥有费用法<简称TOC）是一种评价变压器能源效率比较全面的方法，它是根据综合比较变压器价格和能耗水平的原则，按照总拥有费用最低来选择变压器，具体计算公式为：

TOC=Ct+A×Po+B×Pk……………………………………<1）

Ct——变压器价格，元；

Po——空载损耗，W。

Pk——负载损耗，W。

A——空载损耗等效初始费用，48.7元/W。

B——负载损耗等效初始费用，20.5元/W。

按公式<1）计算200kVA和500kVA的TOC,并列于表5

 

表5：

油浸配变TOC费用对比表

容量kVA

500

200

系列

SBH16

S9

SBH16

S9

空载损耗W

190

760

90

380

负载损耗W

5150

5150

2600

2600

投资费用元

75500

61325

41300

32765

NLL费用元

9253

46752

4383

23376

LL费用元

105575

105575

53300

53300

TOC费用元

190328

203912

98983

104571

投资费用比较<基于S11）

123%

100%

126%

100%

TOC费用比较<基于S11）

93.34%

100%

94.66%

100%

结论：

根据TOC计算方法可以看出：

非晶合金变压器比S9硅钢片变压器总费用低。

非晶合金变压器与硅钢变压器的市场价格在1.2～1.3倍之间，虽然一次性投入较硅钢的多，但其运行3～4年即可收回投资，并在以后的运行中产生效益，市场推广空间巨大。

同时为了使电力用户更好的鼓励和选用非晶合金变压器，充分体现节能产品的价值与价格的统一性，借鉴国外先进的做法，国家电网公司如江苏电力、上海电力等已按“配电变压器效能及技术经济评价导则”

3．2　节能方面

　　损耗很低的非晶合金变压器应用在电网中的配变部分，可以降低电网线损中变压器造成的损耗。

配电变压器的负载季节性变化大，日夜负载变化较大，初装时负载更小，所以在实际运行中，空载损耗往往占总损耗的65％以上，到了负荷率较低时，变压器的空载损耗尤为突出，采用非晶合金变压器将可以较好地解决这一问题，是很好的节能产品。

我国非晶合金变压器使用十年来，至今已用非晶合金带材28000吨以上，折合315kVA配电变压器约60000台，全年可节电2.36亿KWH，相当省煤13.5万吨。

4、非晶合金变压器的开发条件

　　目前，我国开发生产非晶变压器都采用进口非晶合金，能生产非晶合金变压器铁心的厂家基本上只有两个：

上海置信电气股份有限公司和北京中机联供非晶科技发展有限公司。

1998年，上海置信电气股份有限公司率先从美国通用电器公司引进了非晶合金变压器生产技术，在此基础上二次创新，逐步形成了超越“老师”的自有技术。

截止2007年置信总共售往全国4.5万台非晶合金变压器，占据全国90%的非晶合金变压器市场份额；近年来上海置信已与多个厂家联合，生产制造非晶合金变压器。

其中有：

江苏帕威尔<江苏电力）、福建和盛集团<福建电力）、山东爱普制造<山东电力）等；北京中机联供非晶科技发展有限公司只提供变压器铁心，不制造非晶合金变压器。

据了解，目前生产非晶合金变压器，制造技术上有几个关键点：

首先是矩形线圈。

按照非晶合金变压器的技术要求，低压采用矩形铜箔式线圈，高压用纸包线来绕制线圈。

其次，非晶合金变压器的器身结构有别于常规的变压器，是由非晶合金铁心带材绕制而成的方形截面铁心，在一个轭位有断口，通过打开断口套装线圈，然后闭合断口。

另外，套装线圈时，铁心开口向上，但变压器工作时，要求铁心开口向下，这样才能使铁心能稳固倒挂在线圈上而不致断口裂开，于是需“铁心翻转”装置，这一点有别于S9变压器。

5、非晶合金变压器的发展前景

　　近年电力负荷年增长大于10％以上，每年新增发电容量达到5000万kW以上，电网公司管辖的10kV配电变压器增长将达到5000万*1.5=7500万kVA，相当于37万台200kVA的配电变压器；如果以非晶合金配电变压器替代当前常用的S9型配电变压器；空载损耗可降低80％，一年可节约电能12.6亿kWh；省煤57万吨。

相当于可少建一个25万kW的发电厂；据了解，现时我国试制非晶合金变压器的厂家中，上海置信电气股份有限公司已成为该产业的龙头企业，江苏省与上海置信合作，2006年约使用10000台，继而推动了非晶合金变压器在全国各地的推广使用，上海目前的所有配变已基本非晶化，江苏省也以每年大约近万台的数量在推广使用，福建、山东等省市目前也在大力推动使用非晶合金变压器；

非晶合金变压器由于在节能降耗方面的优异性能，其推广使用的前景是不容置疑的。

从长远来说，推广使用非晶合金变压器，对配电设备的可靠运行，配网线损率的降低，能源和运行费用的节约都是有利的；就山西电网飞速发展的趋势来讲，目前挂网运行的配变约有几万台，城农网改造中大部分使用的是S9系列的配电变压器，其节能降耗远远低于非晶合金变压器，使用性能优越、节能降损的非晶合金变压器来替代S9系列变压器是大势所趋。

　　展望未来，人们会更加珍惜能源的使用，会更长远、全面地考虑投资的价值。

因而运行可靠、节能降损的非晶合金变压器将会越来越受到重视和推广，非晶合金变压器的应用有着广阔的发展前景。

6、我厂生产制造非晶合金变压器的条件及模式

以上综述了非晶合金变压器的性能、国际国内的发展情况、使用情况及市场前景，目前我们已和沈阳变压器研究所、上海置信电器气股份有限公司取得了联系，并专程前往沈阳变压器研究所了解了当前生产非晶合金变压器资质的取得所需要作的工作，针对我厂的情况提出了以下建议：

6.1引进技术，自主生产

1）技术支持：

从沈阳变压器研究所购买图纸：

9.54万元，专利使用费：

5万/年，交3-5年，最低15万元，合计：

24.54万元；

2）型式实验：

购沈阳变压器研究所图纸，需实验2台<30-500kVA一台；630-1600kVA一台），实验费：

8万元；别的渠道购买图纸，需实验4台<30-500kVA两台；630-1600kVA两台），实验费：

12万元；

3）型号注册证书取得：

按以上要求做完型式实验，即可获得型号注册证书，费用：

2000元；

4）设备投资：

以年产量5000台变压器计算，普通绕线机<含箔式绕线机）7台、高压绕线机17台、专用装配平台4套、真空注油设备4套、远红外烘干窑3套、自动排线绕线机1-2台、全套实验设备2套、翻转台以及其它辅助设备投资，大约要700万元；

5）厂房：

我厂现有近千平M的生产厂房，能完全满足变压器生产需求。

6）人员情况：

我厂有变压器生产丰富经验的技术人员，高素质的技术生产员工，完全能满足生产要求。

7）建议：

引进技术，自主生产可以使企业增强自主生产能力，锻炼职工队伍，增强员工职业技能，但生产周期较长，投入较大，产品质量的稳定需要一定时间<约2-3年），建议暂不采用。

6.2合资生产

鉴于上海置信电气股份有限公司与江苏帕威尔<江苏电力）、福建和盛<福建电力）、上海联能<上海电力）、山东爱普制造<山东电力）等合作的成功经验，与上海置信电气股份有限公司合资生产非晶合金变压器是一种现实可行的方法，我们已与上海置信电气股份有限公司取得了联系，并多次与他们洽谈合作事宜，他们也以非常积极诚恳的态度愿与我们合作，共同开发生产非晶合金变压器，为山西电力的发展共同做出贡献。

上海置信电气股份有限公司非晶合金变压器技术国际领先，是国内唯一一家专业开发、制造节能型非晶合金变压器系列产品的股份制上市公司，是该产业的龙头企业。

其非晶合金变压器的特点有以下特点

1）.引进技术

由于非晶合金铁心柱的截面是呈矩形状，与之配合的高低压线圈也呈矩形状，非晶合金铁心在器身结构中又不能起支撑作用，那么如果仍然采用生产硅钢片铁心结构的生产设备和工艺来生产非晶合金变压器，显然已不合适。

置信公司在创建之初就考虑了这些因素，并作出了重大决策，那就是引进当时世界上开发最早、商品化批量生产最早的美国GE<通用）公司制造非晶合金变压器的先进成熟技术，GE公司通过十几年的研究和开发，归纳总结出一套完整的设计程序和工艺流程，包括与之配套的专用设备，其中工艺流程和专用设备，是确保非晶合金变压器性能和质量的关键之一。

2）.节能

SBH16型非晶合金变压器的空载损耗比S9硅钢系列降低80%；比JB/T10318《油浸式非晶合金铁心配电变压器技术参数和要求》降低25%。

3）.噪音低

由于非晶合金带材的磁致伸缩系数比冷轧硅钢大，因此如果没有采取特殊降噪措施的非晶合金变压器的噪音普遍比S9硅钢变压器要大，但是置信公司的技术人员自98年引进GE技术后，通过几年的摸索和反复验证，已掌握了一些有效降低非晶合金变压器噪音的措施，目前置信公司生产的400kVA油浸非晶配变的噪音能达到小于45dB。

4）.可靠性高

置信公司从不断优化设计方案、采用先进工艺流程和增设严酷的检测工程等方面进行严格把关每一台非晶合金变压器。

4.1）.设计方面

为改善线圈端部漏磁场强和减小轴向电动力，低压线圈采用铜箔绕制；器身材用抗突发短路结构；非晶油浸配变油箱采用钢性全密封结构，油箱可承受75kPa的压力而不渗漏和不变形；油箱顶部设置一个空气腔体，可杜绝高低压套管与箱盖密封处渗油的现象，达到免维护的要求；为确保变压器安全运行，在油箱一侧箱壁上装有可自动开启或关闭的压力释放阀。

4.2）.工艺方面

在生产非晶合金变压器的专用设备上，按照GE先进的独特的制造非晶合金变压器的装配工艺及流程，生产每一台非晶合金变压器。

4.3）.检测工程方面

将全波雷电冲击实验列入出厂实验工程，而且峰值高于国家标准25%；产品成品合格率达99.8%以上，产品出厂合格率为100%。

目前挂网运行的非晶合金变压器达6万台，最长安全可靠运行时间近10年。

4.4）.上海置信与江苏帕威尔等成功的合资模式，做到当年投资当年就有可观的效益，合资企业一年收回投资。

表6：

上海置信生产的非晶合金变压器与S7、S9系列变压器的空载损耗比较

容量

S7

Po

S9

Po

S11

Po

SBH16

Po

SBH16比S7

降低Po

SBH16比S9

降低Po

50

190

170

120

38

152

132

100

330

290

200

58

272

232

160

470

400

280

78

392

322

200

550

480

335

90

460

390

250

660

560

390

110

550

450

315

780

670

465

130

650

540

400

940

800

560

160

780

640

500

1100

960

670

190

910

770

630

1330

1200

840

230

1100

970

800

1600

1400

980

280

1320

1120

1000

1900

1700

330

1570

1370

1250

2250

1950

390

1860

1560

1600

2700

2400

470

2230

1930

7.投资非晶合金变压器工程<年产5000台产量）的可行性分析

7.1投资概算：

生产资金：

2000万元。

正常启动生产流动资金，需银行申请贷款。

7.2生产纲领：

配电变压器生产设计规模为5000台/年，容量30kVA—1000kVA。

生产设备及相关配套按江苏帕威尔非晶变压器公司配置。

7.3设备投资和人员情况：

生产设备投资：

1500万元、人员：

110人、厂房由合资公司租赁。

年生产配电变压器产品结构：

销售额-万元

规格

销售比例

台数

销售价

销售额

30kVA

1.0%

50

2.381

119.05

50kVA

1.0%

50

2.709

135.45

63kVA

2.0%

100

2.961

296.1

80kVA

5.0%

250

3.125

781.25

100kVA

5.0%

250

3.510

877.5

125kVA

5.0%

250

4.057

1014.25

160kVA

9.0%

450

4.871

2191.95

200kVA

11.0%

550

5.345

2939.75

250kVA

13.0%

650

6.159

4003.35

315kVA

15.0%

750

7.106

5329.5

400kVA

13.0%

650

8.19

5323.5

500kVA

12.0%

600

9.591

5754.6

630kVA

5.0%

250

12.285

3071.25

800kVA

2.0%

100

15.35

1535

1000kVA

1.0%

50

18.30

915

合计

100.0%

5000

34287.6

表中数据来源：

非晶变压器销售价格按照2007年同档次S11硅钢变压器

各容量段比例为2006、2007年山西市场变压器采购实际发生比例估算。

按以上规格数量<5000台/年）测算产品成本为<不含增值税）：

23798.2<万元）

 

经济效益分析、模拟损益表：

<万元/年）

管理费用工程

万元

其中：

租赁费

243

（按7600M2，0.9元/天.计>

管理费用合计

694

财务费用工程

贷款利息

190

（按3000万借款，6.39%的利率>

营业费用工程

95

合计：

979

模拟损益表：

<人民币：

元）

a.主营业务收入

293,056,410.3

减：

主营业务成本

237,981,623.93

主营业务税附加

10,205,357.87

b.主营业务利润

44,869,428.53

减：

营业费用

950,000.00

管理费用

6,940,000.00

财务费用

1,900,000.00

c、营业利润

35,079,428.53

d、利润总额

35,079,428.53

减：

所得税<25%）

8,769,857.13

e：

净利润

26,309,571.4

按以