本报记者 赵萍
当前，我国固态变压器（SST）的研发与国际同步，正处于抓住机遇、大力发展，进而抢占先机的关键期。5月15日，来自国内科研院所、高等院校、龙头企业、行业协会等的专家齐聚江苏盐城，带着各自团队的最新研究成果，围绕非晶纳米晶铁心（也作铁芯）在固态变压器中应用的关键技术热点话题进行了深入交流探讨。
固态变压器是一种基于半导体器件实现电能变换的电力设备。它通过高频电磁感应技术替代传统铁心线圈结构，能够灵活调节电压、频率和功率，具有能量转换效率高、体积小、重量低、噪声小、可集成智能控制功能等核心优势，它的研发和突破是新型电力系统实现大力发展的关键技术支撑。
从材料革新的角度看，非晶纳米晶具有非晶相提供高电阻率降低涡流损耗、纳米晶相赋予优异软磁性能的“双重性格”，使得其在同等磁密条件下，较其他磁性材料在固态变压器上的应用优势更明显。
会议透露，通过非晶纳米晶材料替代传统铁氧体等软磁材料，可降低固态变压器30%制造成本并减少碳排放，预计到2030年将为全球能源系统节电超500亿千瓦时，是推动绿色能源转型的关键技术之一。目前，国内已生产出厚度在12微米以下的极薄纳米晶材料，损耗较常规纳米晶可进一步降低超50%。可见，对非晶纳米晶铁心的研发突破有望推动新型电力系统所需材料变革进一步发展。
从技术突破的角度看，固态变压器是一种高频化的电力电子变换设备，因此高频隔离变压器是固态变压器的核心组件，其关键技术瓶颈包括容量小、损耗密度高、大容量电池设计难等，系统复杂且成本较高。而在高频变压器领域，非晶纳米晶具有更稳定的温度特性，适用于高温运行的高频变压器，要注意做好热管理。同时，非晶纳米晶可实现更大尺寸的铁心制造，在同等设计磁密下具有更高的功率密度，符合大容量、紧凑型电力电子装备发展趋势。
会议介绍，传统铁氧体在10千赫兹频段的损耗是非晶材料的3倍以上，目前国内已开发出损耗仅为5.6万瓦特/千克的20厘米宽幅铁心，在保持超低损耗的同时，破解了宽幅材料应力分布不均导致磁畴畸变的难题。与此同时，雄安新区、张家口冬奥示范工程等的应用也印证了非晶纳米晶铁心在高频工况下的稳定性优势。
从标准引领的角度看，目前国内已有团队主导制定电力电子变压器国际标准，且已进入最终审议阶段。标准意味着产业主导权，这是我国首次在该领域掌握标准制定权。会议还介绍，国内有团队正在推进的《柔性直流系统用中高频隔离变压器技术规范》将填补国内空白，明确10千赫兹以上频段损耗限值比欧盟现行标准严格15%。
从应用拓展的角度看，当前，非晶铁心变压器已突破单机10兆伏安容量极限，国内某团队研发的三相变压器将用于新疆一光伏项目，比传统方案可减少占地60%。在轨道交通领域，3千赫兹非晶牵引变压器使深圳地铁16号线能耗下降7.2%，噪声降低12分贝。更值得关注的是在海上风电中的应用。目前正在测试的深海变压器采用环氧真空浇注技术，在盐雾腐蚀环境下使绝缘寿命延长3倍，为深远海风电直流送出提供了关键装备支撑。
总的来看，材料突破正在重构电力装备技术路线。非晶纳米晶铁心不仅推动固态变压器升级，更为氢能电解、磁悬浮供电等新兴领域提供基础材料支撑。随着“双碳”目标大力推进，我国高频变压器市场规模预计在2030年达1200亿元，非晶纳米晶将进入重要发展机遇期。
《中国冶金报》（2025年05月21日 03版三版）
