低損耗卷鐵芯變壓器

摘要：該文詳細分析了卷鐵芯變壓器的結(jié)構(gòu)，重點介紹了三角形卷鐵芯變壓器，說明其節(jié)能、防盜、低噪音和抗短路能力強的特點，并就推廣應用的經(jīng)濟性加以研討。

　　關(guān)鍵詞：卷鐵芯；變壓器；結(jié)構(gòu)；性能；經(jīng)濟性

　　積極推廣低損耗的配電變壓器，對節(jié)能降耗，降低線損率，提高電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性具有重要意義。我國1997年開始全面推廣S9系列變壓器，取代S7系列老產(chǎn)品，取得了顯著的節(jié)能效果。近幾年， S11型平面卷鐵芯變壓器得到廣泛應用，實踐證明其節(jié)能、環(huán)保效果顯著。

　　S11型平面卷鐵芯變壓器與平面疊鐵芯變壓器相比外形結(jié)構(gòu)沒有變化，仍不是最佳的結(jié)構(gòu)形式。在其基礎(chǔ)上開發(fā)的三角形立體卷鐵芯變壓器實現(xiàn)三相磁路完全對稱，所以空載性能更優(yōu)良，抗短路能力更強，體積小是最新一代節(jié)能產(chǎn)品。

1 平面卷鐵芯變壓器

1.1 優(yōu)點

　　鐵芯是由專用的設(shè)備將硅鋼片從窄到寬的各級連續(xù)卷制而成，并經(jīng)過退火處理。

　　采用完全退火工藝，能徹底消除機械加工中產(chǎn)生的內(nèi)應力，徹底恢復晶格原形，改善材料的電磁性能，使硅鋼片原有導磁性能得到恢復，使磁路各處均無高磁阻存在。

　　封閉的鐵芯框沒有疊鐵芯的空氣氣隙，能充分發(fā)揮硅鋼片的晶粒取向性，所以使得變壓器空載性能比疊鐵芯優(yōu)越很多，且噪音降低。S11型平面卷鐵芯變壓器較S9疊鐵芯變壓器空載電流下降80%，空載損耗可降低30%，噪音下降10 dB 左右。

　　參數(shù)相同的情況下，卷鐵芯沒有多余的角部重量和橫剪時“V”口廢料，比疊鐵芯節(jié)約材料5%以上。

　　生產(chǎn)機械化程度高，不需要橫剪、人工疊片、拆插鐵軛等手工操作，質(zhì)量易控制。

1.2 結(jié)構(gòu)缺陷

　　無論是卷鐵芯還是疊鐵芯的平面形變壓器，三相磁路中A-C相之間的耦合磁路，顯然要比A-B相、B-C相的磁路長1/3～1/2（見圖1），使得A-C相的磁阻較大，A、C的相電壓會降低，影響三相電壓的平衡。這種磁回路上的不平衡對于平面形變壓器來說是無法克服的結(jié)構(gòu)缺陷。

圖1　平面形鐵芯結(jié)構(gòu)

 2 三角形卷鐵平面形鐵芯變壓器

　　變壓器發(fā)明不久，人們就認識到能實現(xiàn)三相磁路完全對稱的結(jié)構(gòu)才是“最理想的變壓器結(jié)構(gòu)”。只是因為技術(shù)發(fā)展水平所限，這一理想結(jié)構(gòu)一直沒能形成工業(yè)化生產(chǎn)。

　　隨著卷鐵芯技術(shù)工藝的不斷成熟，我門考慮三相等長磁路的幾何方框特點，把平面形卷鐵芯的內(nèi)外框改成窗口尺寸與內(nèi)框相同的三只相同框，每框的截面仍為半圓形的，關(guān)鍵是截面上的直徑與心柱中心連線的夾角由90°扭轉(zhuǎn)成30°（見圖2），三框拼合在一起，就成為對稱的立體三角形卷鐵芯結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)三相磁路完全對稱等長。這樣的截面形式，要是通過手工疊制很難形成工業(yè)化生產(chǎn)。

圖2　三角形鐵芯及單框

2.1 三角形鐵芯的優(yōu)點

　　鐵芯繞制緊密，有平面形卷鐵芯的所有優(yōu)點。

　　AC相間鐵軛部分縮短，實現(xiàn)三相磁路完全對稱等長，且節(jié)材效果明顯。

　　三框獨立卷制、退火和拼裝。體積減小、操作輕便，省工省時。

　　拼合的兩框中間涂以專用膠，粘接牢固后的剪切強度≥20 MPa，保證三框成一體不產(chǎn)生相互位移，增加機械強度和抗短路能力，噪音更低。通過權(quán)威部門檢測S11-M.RL- 200 kVA變壓器只有36.4 dB，而國標要求為≤54 dB。

2.2 器身抗短路能力強

　　器身結(jié)構(gòu)決定了它抗短路能力比平面形變壓器好，原因如下。

　　三相受力均勻?qū)ΨQ。這主要體現(xiàn)在B相，平面形變壓器的夾件和壓緊墊塊主要在鐵芯兩側(cè)布置，鐵軛下B相線圈的大部分端面不能被很好地壓緊，受力情況較A、C相差。這也是配電變壓器二次側(cè)突發(fā)短路事故中，往往B相線圈損壞最重的原因。而三角形卷鐵芯變壓器的器身裝配，框件和墊塊分布在器身周圍，中央用三角形鐵壓板壓緊墊塊，三相受力情況對稱相同（圖3）。

圖3　三角形與平面器身布置比較

　　線圈被壓面積增加 三角形卷鐵芯鐵軛為半圓形傾斜30度，厚度為芯柱直徑的0.75倍，線圈端部露出面積增大，使壓緊墊塊能更方便的沿圓周均勻分布。以315 kVA的鐵芯直徑為例，三角形布置線圈被壓的面積比平面形布置線圈被壓面積增加 15.7 % 。

　　框架強度好 三角形變壓器的夾件為三角形框架結(jié)構(gòu)，焊接成一體，由于三角形的穩(wěn)定性，所以整體強度大，使三相受力一致。

3 S11變壓器應用三角形卷鐵芯的效果

3.1 節(jié)能

　　變壓器的空載損耗是只要通電就會發(fā)生損耗。該損耗的降低，對供用電部門來說就是降低了成本，對國家來說就是節(jié)約了能耗。

　　S11變壓器與S9變壓器相比：

　　空載電流平均下降80%,可以降低電網(wǎng)無功損失，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量；

　　空載損耗平均下降30%，以315kVA變壓器為例，其空載損耗分別為0.68kW和0.48kW, 變壓器全年實際運行時間按8600小時計算，則10年少損失電量為10×8600×（0.68-0.48）=17200 kWh。以一個中等城市5000臺315 kVA配電變壓器計算，可節(jié)約86 GWh，節(jié)能效果非常顯著。

3.2 防盜

　　疊鐵芯變壓器由于技術(shù)上的原因而易于失竊。拆開器身的緊固件，將變壓器的硅鋼片敲落，此時變壓器的3個繞組與硅鋼片當即分離，就可以輕而易舉地將硅鋼片、線圈等有價值的材料竊取運走。

　　由于卷鐵芯變壓器的鐵芯是一個整體，鐵芯敲不散，線圈取不下來。把整體鐵芯和線圈搬走，也是相當困難的，因為1臺100 kVA的變壓器重量為400 kg，200 kVA的變壓器重量為650 kg。不容易將硅鋼片、銅線等有使用價值的物件分離。所以，卷鐵芯變壓器具有較好的防盜性。