本報記者 趙萍
當前，我國固態變壓器（SST）的研發與國際同步，正處于抓住機遇、大力發展，進而搶占先機的關鍵期。5月15日，來自國內科研院所、高等院校、龍頭企業、行業協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）在固態變壓器中應用的關鍵技術熱點話題進行了深入交流探討。
固態變壓器是一種基于半導體器件實現電能變換的電力設備。它通過高頻電磁感應技術替代傳統鐵心線圈結構，能夠靈活調節電壓、頻率和功率，具有能量轉換效率高、體積小、重量低、噪聲小、可集成智能控制功能等核心優勢，它的研發和突破是新型電力系統實現大力發展的關鍵技術支撐。
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變壓器上的應用優勢更明顯。
會議透露，通過非晶納米晶材料替代傳統鐵氧體等軟磁材料，可降低固態變壓器30%制造成本并減少碳排放，預計到2030年將為全球能源系統節電超500億千瓦時，是推動綠色能源轉型的關鍵技術之一。目前，國內已生產出厚度在12微米以下的極薄納米晶材料，損耗較常規納米晶可進一步降低超50%。可見，對非晶納米晶鐵心的研發突破有望推動新型電力系統所需材料變革進一步發展。
從技術突破的角度看，固態變壓器是一種高頻化的電力電子變換設備，因此高頻隔離變壓器是固態變壓器的核心組件，其關鍵技術瓶頸包括容量小、損耗密度高、大容量電池設計難等，系統復雜且成本較高。而在高頻變壓器領域，非晶納米晶具有更穩定的溫度特性，適用于高溫運行的高頻變壓器，要注意做好熱管理。同時，非晶納米晶可實現更大尺寸的鐵心制造，在同等設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展趨勢。
會議介紹，傳統鐵氧體在10千赫茲頻段的損耗是非晶材料的3倍以上，目前國內已開發出損耗僅為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，破解了寬幅材料應力分布不均導致磁疇畸變的難題。與此同時，雄安新區、張家口冬奧示范工程等的應用也印證了非晶納米晶鐵心在高頻工況下的穩定性優勢。
從標準引領的角度看，目前國內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。標準意味著產業主導權，這是我國首次在該領域掌握標準制定權。會議還介紹，國內有團隊正在推進的《柔性直流系統用中高頻隔離變壓器技術規范》將填補國內空白，明確10千赫茲以上頻段損耗限值比歐盟現行標準嚴格15%。
從應用拓展的角度看，當前，非晶鐵心變壓器已突破單機10兆伏安容量極限，國內某團隊研發的三相變壓器將用于新疆一光伏項目，比傳統方案可減少占地60%。在軌道交通領域，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。更值得關注的是在海上風電中的應用。目前正在測試的深海變壓器采用環氧真空澆注技術，在鹽霧腐蝕環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鍵裝備支撐。
總的來看，材料突破正在重構電力裝備技術路線。非晶納米晶鐵心不僅推動固態變壓器升級，更為氫能電解、磁懸浮供電等新興領域提供基礎材料支撐。隨著“雙碳”目標大力推進，我國高頻變壓器市場規模預計在2030年達1200億元，非晶納米晶將進入重要發展機遇期。
《中國冶金報》（2025年05月21日 03版三版）
