Аморфтық сплавты пайдаланған трансформатордың METRO электр желісіндегі қолданысы

Жүгірткі жол артындағы өнеркәсіптік көлемдің тез өсуімен қазіргі жылдарда Китиеде метрополитендердегі электр энергиясы мен жарықтың жұмыс істеу мерзімі тез өсті. Дистрибуциялық трансформаторлардың өздерінің жетімділігіне байланысты жұмсалатын электр энергиясының маселесі өзара маңызды болып келіп тұр. Мемлекеттік жағдайда энергия сақтау және ортаны сақтау үшін ұсынылғанда, аморфты алма-тасты заттардан тұратын, жақсы магниттік өту қасиеттері бар аморфты металлды қолданатын аморфты металлды пайдалану арқылы, бос жүрімде жетімділік және бос жүрім ағымының төмен деңгейде болуы және сондықтан энергия сақтау үшін трансформаторлардың өнімділіктің бір бағытына айналып келеді. Бейжинг метрополитенінің 14-ші линиясына негізделген, бұл мақала суық аморфты металлды пайдаланатын дистрибуциялық трансформаторлардың (мұнда соңында "аморфты суық трансформатор" деп аталады) принциптері, структуралары, техникалық қасиеттерінен бастап, жерде қолданылатын нәтижелерін көрсетеді және узақ мезгілді іске қосу үшін шешімдер ұсынады, метрополитендерде дистрибуциялық трансформаторларды таңдау және қолдану үшін референцалар мен тәжірибелер беруге болады.
Аморфты суық трансформаторлардың құрылымы және жұмыс əсибі
Аморфты суық трансформаторлардың құрылымы
Аморфты металлды пайдаланатын дистрибуциялық трансформаторлар аморфты металлды қолданып, жоғары насытылған магниттік индукция, өте төмен жетімділік, төмен өткізу ағымы, төмен теріс емес талдау және жақсы стабилділікке ие трансформаторлар болып табылады. Аморфты суық трансформаторлар эпоксид резинамен қырғызылған суық трансформаторлардың айқын қасиеттерін, мысалы, төмен галогендік мазмұн, өкпенің төмендегі өсуі, аз дым өндіру, өзін өзі түрткілеу қасиеттерін және аморфты металлдың төмен жетімділік қасиеттерін біріктіреді, олар метрополитен сыныптарының сияқты жерлерде жақсы қолданылатын қажеттіліктерге жауап береді.

Аморфты металлды пайдаланатын пластинкалар - бұл 0,03 мм калыңдыққа қатысты және жоюында бұзылуы мүмкін магниттік өту материалдары. Олардың құрылымын қозғалтқыш құрылымына қолдану ыңғайлы. Азықтың эпоксид резинамен қырғызылған аморфты суық трансформаторлардың құрылымы екі түрде болады, яғни, үш фазалы үш бұрыштық құрылым және үш фазалы бес бұрыштық құрылым, Сурет 1. Бес бұрышты үш фазалы құрылымдың аяғы қырғызылған аморфты металлды пайдаланатын құрылымы төрт рамка арқылы құрастырылған, Сурет 2 а; үш бұрышты үш фазалы құрылымдың аяғы қырғызылған аморфты металлды пайдаланатын құрылымы үш рамка арқылы құрастырылған, Сурет 2 б. Аморфты металлды пайдаланатын трансформаторлардың аяғының кескіні тіктөртбұрыштық болғандықтан, жоғары және төмен напрямдагы спиральдер жалпы түрде тіктөртбұрыштық, бірақ шеңберлері бар құрылымға құрастырылады. Аморфты металлды пайдаланатын аяқтың магниттік индукциясы және слой факторы силициндегіден төмен болғандықтан, аморфты металлды пайдаланатын аяқтың көлемі силициндегіден тең көлемдегі аяққа қарағанда көп. Белгілі бір метрополитен линиясындағы аморфты суық трансформаторлар үш фазалы бес бұрышты құрылымды қолданып, жақсы салыну, компактты құрылым және салынатын көлеміне қатысты қолайлы қасиеттерге ие.

Аморфты суық трансформаторлардың жұмыс əсибі

Аморфты металлды пайдаланатын аяқтың силициний металлдың құрылымы және қасиеттері магниттік өту және демагнетизация үшін ыңғайлы. Типтік аморфты металлдың болжамды құрамы 80% демир, басқа негізгі компоненттер - силициний және бор сияқты материалдар. Көптеген тесттер арқылы аморфты металлдың кристаллдау температурасы 550°C, ал Кюри температурасы 415°C. Бұл температуралар аморфты металлды өңдеу, аяқтың құрылғаннан кейін күміс өту, нормалды жұмыс температурасы және қысқа схемада қысым температурасының талаптарын қанағаттандырады, сондықтан аморфты суық трансформаторларды қолдану қиындықтары болмайды.

Үш фазалы, төрт рамка, бес бұрышты аморфты металлды пайдаланатын дистрибуциялық трансформаторды мысал ретінде алу, әрбір спираль екі өзара тәуелсіз магниттік циклдері бар рамкаларға құрастырылған, әр рамканың магниттік потенциалы негізгі волна магниттік потенциалы және біраз үшінші гармоникалық магниттік потенциалынан тұрады. Үшінші гармоникалық және негізгі волна магниттік потенциалының қатынасы рейтингдік магниттік потенциалға байланысты. Бірақ бір спиральдегі екі аяқтың үшінші гармоникалық магниттік потенциалы фазада қарама-қарсы және мәні тең. Сондықтан, әрбір спиралдегі үшінші гармоникалық магниттік потенциал векторы нөл. Жоғары напрямдагы спираль үшбұрыштық (D) қосылғанда, спиралда үшінші гармоникалық ағым үшін жол бар. Нәтижесінде, индуцирован ортақ напрямдагы вольттаждың формасында үшінші гармоникалық вольттаж компоненті жалпысынан жоқ. Бірақ, әр рамкадағы бос жүрімде үшінші гармоникалық ағымдың әсеріне ұшырайды. Бұл құрылымның екі жақтарындағы юктау үшінші гармоникалық компоненттерін немесе жоғары ретті гармоникалық магниттік потенциал үшін жол ұсынады.

Аморфты суық трансформаторлардың негізгі техникалық қасиеттері
Аморфты суық трансформаторлардың қасиеттері

Аморфты металлды пайдаланатын пластинкалар басына өте жауапкершілік талап етеді. Егер олар бұзылса, оларды қалпына келтіруге болмайды. Сондықтан, өндірістік процестің кезінде төмендегі екі нүктені сақтау керек: Бірінші, аяқ өзінің салынған жүкті жүктеп, жоғары және төмен напрямдагы спиральдердің салынған жүкті баспалық, жоғары және төмен жабық элементтер сияқты металлдық құрылымдар қолдау керек. Екінші, оптимизацияланған құрылым арқылы қысқа схемадағы жүктену қасиеті жақсартылады.

Аморфты суық трансформаторлардың тіктөртбұрыштық құрылымы төмендегі спиральдердің тең қысылуына қатысты. Трансформатор қысқа схемадағы ағымды жүктеп, узын ось бойында деформацияға ұшырайды. Жалпы өндірістік процесте, жоғары напрямдагы спиральдер эпоксид резина мен жоғары қысылу қасиеттері бар проводы қырғызылады және резина слоянда құрылған. Динамикалық және термостабилдік есептеулер және практикалық модельдеулер арқылы, жоғары напрямдагы спиральдер қысқа схемадағы электродинамикалық күштерге ұшырауға болады.

Төмен напрямдагы спиральдер көбінесе майлармен қырғызылады және термостабилдік эпоксид резина құрылымымен құрылған, бірақ жоғары қысылу қасиеттері төмен. Олар қысқа схемада деформацияға ұшырайды, аморфты металлды пайдаланатын пластинкаларға қысылу қолданылады. Сондықтан, құрылымды жобалау кезінде төмен напрямдагы спиральдердің узын және қысқа осьтерінің қатынасын өте жоғары болуын қолданбау керек. Сондай-ақ, құрылымды жасау кезінде аяқ мен төмен напрямдагы спиральдер арасына қолдау элементтері қойылуы керек, олар қысқа схемадағы жүктену қасиетін жақсартады.

Трансформатордың шуы негізінен аяқтың магнитострикциисынан шығады. Аморфты металлды пайдаланатын аяқтың магнитострикциисы силициндегіден 10% ға жоғары. "JB/T 10088-2004 6 кВ-500 кВ электр энергия трансформаторларының шуы деңгейлері" және "GB/T 22072-2008 Аморфты металлды пайдаланатын суық трансформаторлардың техникалық параметрлері және талаптары"国家标准对非晶干式铁芯配电变压器的噪音要求与硅钢片铁芯配电变压器相同。

这增加了非晶干式变压器制造的难度。然而，通过合理设计非晶干式变压器的结构，仍可将噪音控制在国家标准范围内。磁通密度是非晶干式变压器噪音的重要影响因素。

每增加0.05特斯拉的磁通密度，空载噪音约增加2分贝(A)，变压器噪音增加5分贝(A)[1]。因此，应合理选择非晶干式变压器的磁通密度以实现降噪。通常情况下，非晶干式变压器的磁通密度小于1.25特斯拉即可。

但是考虑到地铁高客流量的特殊情况，噪音水平应控制得更低，一般选择磁通密度小于1.2特斯拉。此外，还需要通过优化结构来抑制非晶干式变压器的噪音。例如，在由铁芯和夹件组成的框架中留出适当的间隙，以避免铁芯受到过大的应力并控制铁芯振动的增加。在铁芯和框架之间还应垫上吸音材料，有效降低噪音。

在运输和安装过程中，非晶干式变压器应严格按照操作规范和程序进行操作，避免铁芯受力或撞击等情况。

非晶干式变压器的经济性能分析

非晶干式变压器具有明显的节能效果。以下对SCBH15型非晶干式变压器与不同容量的SCB10型硅钢片配电变压器进行经济分析。比较内容包括非晶材料和硅钢片材料的价值、年节电费用、额外成本回收年限以及节省的成本，如表1所示。

从表1可以看出，非晶干式变压器在节能方面比传统硅钢片变压器更具优势。转化为运行成本，效果相当显著。最长的额外成本回收年限仅为5年，显示出巨大的应用前景。

非晶干式变压器在地铁中的应用与效果
非晶干式变压器在地铁中的应用

通过对非晶干式变压器的结构和原理的阐述以及经济性能分析，并结合北京地铁14号线的工程情况，对于非晶干式变压器的应用方案，应在短路承受能力、噪音控制、损耗指标、安装方案等技术方面进行重点研究，以充分发挥非晶干式变压器良好的节能性能，提高地铁的节能水平。

现场实施效果

以地铁14号线已投入运行的SCBH15-800/10/0.4非晶干式变压器为例，与SCB10-800/10.0.4干式变压器相比，ΔP0 = 1.05 kW；ΔPk = 0。单台每年减少的电能消耗计算如下：

ΔWk = 8 760×(1.05 + 0.62×0) = 9 198 kW·h

通过计算可以看出，非晶干式变压器的节能效果较为明显。

长期在线运行的相关建议

对于地铁线路中非晶干式变压器的长期运行，其设计、生产、维护和大修应严格按照其独特特性精心进行。作者提出以下建议：

• 鉴于非晶合金材料的磁饱和密度较低且磁致伸缩较大，在产品设计时不应设置过高的额定磁通密度。一般来说，选择低于1.2 T的值为宜。

• 在整个设计和生产过程中，必须重视非晶干式变压器的短路承受能力。应通过工艺细化和结构优化等手段增强这一能力。

• 非晶合金对机械应力极为敏感。因此，在结构设计中，应避免采用传统的以铁芯为主要承重部件的设计方法。

• 为了实现优良的低损耗特性，非晶合金铁芯的退火是必不可少的工序。

• 定期维护和检修非晶干式变压器是必要的。这有助于消除潜在的安全隐患，延长变压器的使用寿命。

结论

在国家大力推广节能减排的背景下，各行各业都在努力降低能耗。作为城市电网中的重要电力用户，地铁广泛采用非晶干式变压器符合国家产业政策，具有广阔的应用前景。

需要注意的是，非晶合金配电变压器的成本高于传统硅钢片变压器，其安装也具有一定的特殊性。因此，应根据区域和线路的具体情况进行综合分析，制定合理的变压器选型方案。

由于非晶合金配电变压器对设计和生产工艺要求较高，在选择供应商时，建议选择具有成功应用经验和先进技术水平的企业。