我国取向硅钢在晋中变压器中的应用分析

　　取向硅钢是我国国民经济建设十分重要的原材料产品之一。该产品主要用于大、中、小型晋中变压器、互感器以及电子晋中变压器等行业，据初步统计，我国每年大约需要取向硅钢90100万t（含二次油片用量），其中高磁感取向硅钢约占30%——40%，我国晋中变压器生产经营情况见表1.

　　1 晋中变压器及互感器行业现状

　　目前，据不完全统计我国晋中变压器生产企业已超过2000多家（包括电力晋中变压器、电子晋中变压器、互感器和整流器等相关企业），具备生产500KV晋中变压器的企业有15家以上，其中包括特变电工的沈阳晋中变压器厂、衡阳晋中变压器厂、西安晋中变压器厂、保定天威保变电气股份有限公司、常州东芝晋中变压器有限公司、重庆ABB晋中变压器有限公司、上海阿尔斯通晋中变压器有限公司等；能生产220kV晋中变压器的企业已超过30家；能生产110kV级的企业已达到120家以上，其中年产超过百台的企业有特变电工衡变、沈变，保变、青岛青波、华鹏等厂家；生产干式配电晋中变压器的企业约有120家，生产能力在100万kVA以上的企业有顺德、金乡、许继、华鹏等厂家；生产箱式晋中变压器的企业有8001000家。我国晋中变压器行业从计划经济转向市场经济以来，国企向股份制或名企改制、分离较多。从规模上看，中小型晋中变压器企业居多。

　　近年来，晋中变压器行业通过技术改造、兼并重组和扩张等方式，晋中变压器类产品的生产能力大幅度提升，同时吸引了国际上的电工装备跨国公司在我国投资，如ABB、西门子、阿海珐、东芝、晓星等，在我国晋中变压器市场上占据20%——30%的市场份额，且市场份额仍在不断扩大；保变、西变、特变等国内大型企业通过提升产品的技术水平和等级，占有30%——40%的市场份额；以江苏华鹏晋中变压器有限公司、顺特电气有限公司、青岛青波晋中变压器股份有限公司、山东达驰电气股份有限公司、杭州钱江电气集团有限公司等为代表的制造厂商形成了第三阵营；不少民营企业由于经营机制灵活，没有非生产性的负担，也形成了一定的市场份额，形成第四阵营。

　　2 取向硅钢需求分析

　　根据晋中变压器统计数据，我国晋中变压器（含互感器）厂家主要分布在：华东地区、华北地区、东北地区以及华南等地区，据调查山东省大小晋中变压器厂有100多家、河北省仅铁芯加工企业有300多家、浙江省乐清市还成立有晋中变压器协会，会员就有300多家；从各地区取向硅钢需求来看，目前，初步统计国内取向硅钢需求约100万t，华东地区占需求量约40%、东北地区占需求量约6%、华南地区占需求量约8%、华中地区占需求量约6%、西南西北地区占需求量约15%、华北地区占需求量约20%、其他占需求量约5%（见表2）。

　　3 晋中变压器对取向硅钢的使用要求

　　硅钢片是构成晋中变压器铁芯的主要材料，晋中变压器铁芯对材料的基本要求是在一定频率及磁通密度下具有低的铁芯损耗和在一定磁场强度下具有高的磁通密度。

　　1）晋中变压器对硅钢片的要求

　　单位铁损小是硅钢片***重要的指标，世界各国都以铁损值划分硅钢片牌号，铁损越低，牌号越高，质量越好，单位磁化容量较小的激磁电流可以得到较大的磁感应强度，较高饱和磁感应强度在相同磁场强度下，能获得较高的磁感应强度的硅钢片，其制造产品所需体积和重量较小，相对而言可节省硅钢片、铜线和绝缘材料；平整度好的硅钢片表面光滑、平整、厚度均匀，叠装系数高，冲片性能好，涂层与底层紧密结合，具有良好的附着性，可防止加工时涂层脱落，硅钢片表面对绝缘漆膜的附着性和焊接性良好，磁时效随使用时间而变化的矫顽力或铁损的增长率较小，硅钢片须经退火和酸洗后交货。

　　3）个别企业停产。上海大电气与阿海珐在临港的合资厂关闭，已经为晋中变压器行业部分企业停产拉开序幕。

　　4）高端产品需求量大。特高压输电项目建设的加快，对于高端产品制造企业的发展起到了带动作用。

　　5）行业竞争仍然存在。由于产能过剩，导致电工行业企业之间的竞争仍然非常激烈

　　6）出口总体形势好于去年同期水平。很多企业为了满足产能的需要，开始竞争海外市场，所以出口量增长明显。

　　6 取向硅钢市场价格分析

　　2013年国内取向硅钢市场一直处在供大于求的低迷态势，市场价格持续走低。从一季度国网招标中标情况看：虽然订货合同有所增加以及今年国家重点发展“城镇化”，电力行业的发展可能会对取向硅钢需求带来希望，但市场并没有按照大家向好的预期发展；从二、三季度市场成交看，并没有明显改善，尽管市场价格趋稳，下滑走势趋缓，但仍难看到价格上扬、需求提振现象；从钢厂产量看，武钢、宝钢、首钢今年均增加了取向硅钢产量，整体订单尚佳。随着国内产能的释放和进口的冲出，竞争将更加激烈，钢厂之间竞价情况仍然严重。另取向硅钢占用资金较大，在成交困难的情况下，商家出售心态积极，成交仍有让利空间。在无明显利好因素的影响下，取向硅钢市场很难出现反弹。取向硅钢以上海武钢30Q120牌号为例，市场月平均价格为12900元/t，与上月相比下滑100元/t.但高磁感取向硅钢需求仍然看好，供应量不足，价格趋稳，供应量有增加的迹象。

　　2）晋中变压器性能指标与硅钢片的主要关系

　　硅钢片与铁损：晋中变压器铁损就是晋中变压器的空载损耗。晋中变压器的空载性能主要指晋中变压器运行时的空载损耗及空载电流。晋中变压器投入电网运行，不论带多大负荷，都有空载损耗存在。想要降低电网运行的能源消耗，主要降低晋中变压器空载损耗。而晋中变压器的空载损耗的大小，主要决定于硅钢片材质，此外还和铁芯设计和制造工艺有关；

　　涡流损耗：当交变的磁通穿过铁芯时，除在线圈中产生感应电流之外，在铁芯片中也产生感应电流，一般称为涡流，由于涡流产生在磁通垂直的铁芯截面上，造成铁芯内部的功率损耗，称涡流损耗；涡流损耗由经典涡流损耗和异常涡流损耗组成，铁芯为金属导体，由于电磁感应现象，在交变磁场硅钢片内产生感应电势，在铁芯内产生环电流，产生涡流损耗。把这部分的涡流损耗称之为经典涡流损耗，由于涡流是铁芯中感应电势产生环流，涡流损耗与涡流的平方成正比，所以也就与感应电势的平方成正比，而感应电势的大小取决于磁通的变化率，当磁通随时间正弦变化时，感应电势的大小就由******磁密Bm和频率来决定。涡流损耗与电阻系数成反比，磁通密度不仅与磁路中作用的磁势及磁阻有关，还与铁芯片中涡流有关，因此经典涡流损耗与******磁密Bm与频率的二次方成正比，还与材料的厚度二次方成正比，与材料的电阻率成反比；

　　异常涡流损耗：异常涡流损耗取决材料结构。如结晶粒尺寸和磁化周期内磁畴的运动。与内部磁区大小（结晶粒大小）表面涂层的弹性张力有关。硅钢片内部磁区的结晶粒的大小对异常涡流损耗值影响很大。取向硅钢片的结晶粒的直径为3—20μm，而无取向硅钢片的结晶粒的直径为0.02—0.2μm.在取向硅钢片中的异常涡流损耗可达到总损耗的50%.而无取向硅钢片中的异常涡流损耗小到可忽略不计，高导磁取向硅钢片比普通取向硅钢片的涡流损耗要小，厚度越薄的硅钢片，经典涡流损耗越小，当厚度相同时，高导磁取向硅钢片与普通取向硅钢片的经典涡流损耗几乎一样。由激光照射处理的ZDKH—硅钢片的异常涡流损耗比高导磁取向硅钢片和普通取向硅钢片的要小，对任何硅钢片来讲，异常涡流损耗约占损耗的50/100左右；

　　磁滞损耗：铁磁材料在反复磁化的过程中磁畴反转及旋转时磁畴边界摩擦所消耗的能量损耗称磁滞损耗。磁滞损耗与硅钢片内部的结晶方位、结晶纯度、内部晶粒的畸变等有关。是铁磁材料在反复交变磁化过程中由于磁滞现象所产生的损耗。磁滞损耗与频率成正比，磁滞损耗的大小与磁滞回线的面积成正比，磁滞回线的面积越小，磁滞损耗也就越小。磁滞回线的面积又和******磁密Bm的平方成正比，磁滞损耗与******磁密Bm的平方成正比，磁滞回线取决于材料的特性并且是磁通密度峰值的函数，占铁芯损耗的80%.降低硅钢片损耗的方法：单从硅钢片材料制造方法上，要求降低硅钢片的自身损耗，以降低晋中变压器铁芯的空载损耗；

　　硅钢片与空载电流：晋中变压器空载电流包括有功分量和无功分量。有功分量是正弦波的，其大小几乎只取决于铁损。所以称有功分量为铁损电流。这是因为由励磁电流产生的铜损微小，可以忽略不计，空载电流的功率因数一般为0.15—0.2，空载电流的无功分量是由一次绕组中产生的，等于外施电压的感应电势所必须的磁通所决定的，它纯用于维持晋中变压器励磁故称为励磁电流，它是空载电流的主要组成部分，在额定电压下，大容量的晋中变压器空载电流约占额定电流1%——2%，小容量可达到10%.对于铁损电流（有功分量），空载电流的有功分量取决于空载损耗；对于励磁电流（无功分量），晋中变压器励磁电流的无功分量是由两部分组成的。一部分是铁芯本身，另一部分是当主磁通通过叠片接缝的气隙时所消耗的功率。

　　硅钢片与铁芯温升：晋中变压器运行时，铁芯温升的限值取决于硅钢片材料的里面温度。同时受到铁芯硅钢片表面绝缘涂层耐高温性能的限制。对硅钢片表面绝缘涂层的要求是：取向电工钢产品表面均涂以一层无机绝缘涂层，该涂层具有优异的涂层特性：层间电阻高，确保良好的层间绝缘性；冲片性能优，涂层与底层紧密结合，具有良好的附着性，可防止加工时涂层脱落；叠片系数高—表面涂层均匀且薄，具有优异的叠片性能；耐热性能好—涂层能承受800℃退火，且不被损坏；耐蚀性能好—涂层与冷却油、绝缘油、机械油及氟利昂、防冻油等不相容，免受侵蚀；

　　硅钢片与噪声：减少硅钢片的磁滞伸缩，可以有效降低空载晋中变压器的噪声。

　　硅钢片与叠装系数：叠片系数是反应晋中变压器制造水平的一个重要指标，与硅钢片的材料质量密切相关，影响因素主要有：硅钢片厚度、同板差、表面厚度公差以及平整度、绝缘层厚度及绝缘层厚度公差和冲孔、剪切加工过程的毛刺、波浪度、平整度等。

　　4 典型晋中变压器对硅钢片的用量

　　制造晋中变压器的核心材料有硅钢片、电磁线、绝缘材料、晋中变压器油等，其中，硅钢片的成本占晋中变压器生产成本的30%——40%.

　　1）500kV级及以上晋中变压器所用硅钢片牌号主要包括：30ZH120、30ZH110、27ZH100等，容量在250MVA晋中变压器每台平均大约需要80t高磁感取向硅钢片，容量在720—840MVA晋中变压器每台平均大约需要240t高磁感取向硅钢片。

　　2）±500kV级及以上换流晋中变压器所用硅钢片牌号主要包括27ZDKH90、23 ZDKH90、23 ZDKH70等，每台换流晋中变压器需要约80t激光照射硅钢片。以贵广直流工程为例，该线路共144台换流变，用硅钢片重量1.152万t.也就说，随着直流输电的发展，对激光照射硅钢片的需求也会增加。

　　3）110—220kV级晋中变压器使用硅钢片牌号主要包括30Q130、30ZH120、30ZH110.容量在120—180MVA的220kV晋中变压器每台平均大约需要50—70t硅钢片，容量在16—60MVA的110kV晋中变压器每台平均大约需要10—30t硅钢片。

　　4）35kV级晋中变压器需求牌号为30Q130、30Q120硅钢片。10kV级配电晋中变压器需求牌号为30Q130、30Q120、30ZH120、27ZH100的硅钢片，使用按容量确定。

　　5 晋中变压器行业主要特点

　　2013年上半年我国晋中变压器产量为70756.45万千伏安，同比增幅为4.51%.总体我国晋中变压器行业的运行状况呈现以下几个特点：

　　1）晋中变压器产品产量增长缓慢，从增长数据可以看出，晋中变压器类产品的产量增长4.51%，幅度不大。

　　2）行业投资趋于理性。与前几年相比，晋中变压器产能增长方面没发现新的资金注入，未出现产能上升趋势。