本報記者 趙萍
當前，我國固態(tài)變壓器（SST）的研發(fā)與國際同步，正處于抓住機遇、大力發(fā)展，進而搶占先機的關(guān)鍵期。5月15日，來自國內(nèi)科研院所、高等院校、龍頭企業(yè)、行業(yè)協(xié)會等的專家齊聚江蘇鹽城，帶著各自團隊的最新研究成果，圍繞非晶納米晶鐵心（也作鐵芯）在固態(tài)變壓器中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)熱點話題進行了深入交流探討。
固態(tài)變壓器是一種基于半導體器件實現(xiàn)電能變換的電力設(shè)備。它通過高頻電磁感應(yīng)技術(shù)替代傳統(tǒng)鐵心線圈結(jié)構(gòu)，能夠靈活調(diào)節(jié)電壓、頻率和功率，具有能量轉(zhuǎn)換效率高、體積小、重量低、噪聲小、可集成智能控制功能等核心優(yōu)勢，它的研發(fā)和突破是新型電力系統(tǒng)實現(xiàn)大力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)支撐。
從材料革新的角度看，非晶納米晶具有非晶相提供高電阻率降低渦流損耗、納米晶相賦予優(yōu)異軟磁性能的“雙重性格”，使得其在同等磁密條件下，較其他磁性材料在固態(tài)變壓器上的應(yīng)用優(yōu)勢更明顯。
會議透露，通過非晶納米晶材料替代傳統(tǒng)鐵氧體等軟磁材料，可降低固態(tài)變壓器30%制造成本并減少碳排放，預計到2030年將為全球能源系統(tǒng)節(jié)電超500億千瓦時，是推動綠色能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。目前，國內(nèi)已生產(chǎn)出厚度在12微米以下的極薄納米晶材料，損耗較常規(guī)納米晶可進一步降低超50%。可見，對非晶納米晶鐵心的研發(fā)突破有望推動新型電力系統(tǒng)所需材料變革進一步發(fā)展。
從技術(shù)突破的角度看，固態(tài)變壓器是一種高頻化的電力電子變換設(shè)備，因此高頻隔離變壓器是固態(tài)變壓器的核心組件，其關(guān)鍵技術(shù)瓶頸包括容量小、損耗密度高、大容量電池設(shè)計難等，系統(tǒng)復雜且成本較高。而在高頻變壓器領(lǐng)域，非晶納米晶具有更穩(wěn)定的溫度特性，適用于高溫運行的高頻變壓器，要注意做好熱管理。同時，非晶納米晶可實現(xiàn)更大尺寸的鐵心制造，在同等設(shè)計磁密下具有更高的功率密度，符合大容量、緊湊型電力電子裝備發(fā)展趨勢。
會議介紹，傳統(tǒng)鐵氧體在10千赫茲頻段的損耗是非晶材料的3倍以上，目前國內(nèi)已開發(fā)出損耗僅為5.6萬瓦特/千克的20厘米寬幅鐵心，在保持超低損耗的同時，破解了寬幅材料應(yīng)力分布不均導致磁疇畸變的難題。與此同時，雄安新區(qū)、張家口冬奧示范工程等的應(yīng)用也印證了非晶納米晶鐵心在高頻工況下的穩(wěn)定性優(yōu)勢。
從標準引領(lǐng)的角度看，目前國內(nèi)已有團隊主導制定電力電子變壓器國際標準，且已進入最終審議階段。標準意味著產(chǎn)業(yè)主導權(quán)，這是我國首次在該領(lǐng)域掌握標準制定權(quán)。會議還介紹，國內(nèi)有團隊正在推進的《柔性直流系統(tǒng)用中高頻隔離變壓器技術(shù)規(guī)范》將填補國內(nèi)空白，明確10千赫茲以上頻段損耗限值比歐盟現(xiàn)行標準嚴格15%。
從應(yīng)用拓展的角度看，當前，非晶鐵心變壓器已突破單機10兆伏安容量極限，國內(nèi)某團隊研發(fā)的三相變壓器將用于新疆一光伏項目，比傳統(tǒng)方案可減少占地60%。在軌道交通領(lǐng)域，3千赫茲非晶牽引變壓器使深圳地鐵16號線能耗下降7.2%，噪聲降低12分貝。更值得關(guān)注的是在海上風電中的應(yīng)用。目前正在測試的深海變壓器采用環(huán)氧真空澆注技術(shù)，在鹽霧腐蝕環(huán)境下使絕緣壽命延長3倍，為深遠海風電直流送出提供了關(guān)鍵裝備支撐。
總的來看，材料突破正在重構(gòu)電力裝備技術(shù)路線。非晶納米晶鐵心不僅推動固態(tài)變壓器升級，更為氫能電解、磁懸浮供電等新興領(lǐng)域提供基礎(chǔ)材料支撐。隨著“雙碳”目標大力推進，我國高頻變壓器市場規(guī)模預計在2030年達1200億元，非晶納米晶將進入重要發(fā)展機遇期。
《中國冶金報》（2025年05月21日 03版三版）
