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      三相油浸式非晶合金立體卷鐵心配電變壓器的具體講解
      2021/9/13

      一、引言

      隨著節能環保、低碳經濟成為全社會的共識,一向被電力行業視為趨勢產品的非晶合金和硅鋼立體卷鐵心配電變壓器逐漸走向前臺,而非晶合金變壓器的空載損耗僅為S13硅鋼立體卷鐵心配電變壓器的一半,節能效果更加明顯。

      現有的非晶合金變壓器的鐵心結構方式主要有兩種,一種是四框五柱式,一種是三框三柱式,這兩種結構的非晶合金鐵心都是采用開口平面卷鐵心結構,線圈的橫截面呈矩形,主要是因為非晶合金鐵心柱橫截面是矩形。

      由于鐵心柱和線圈橫截面都是矩形,造成了其抗突發短路的能力下降,必須采取結構加強及壓裝工藝等彌補措施,且由于采用平面卷鐵心結構,接縫多造成噪音的增加。

      雖然這些問題通過增加原材料的投入及器身結構的加強等措施能夠得到解決,但是綜合成本的上升對非晶合金變壓器的大量推廣應用造成了不利的影響。

      立體卷鐵心變壓器在相同條件下具有較低的噪聲和較強的抗突發短路能力,并可有效減小變壓器體積及重量,降低生產和運行成本。

      因此,研究綜合了上述兩種變壓器優勢的非晶合金立體卷鐵心變壓器具有廣泛的應用前景和明顯的社會經濟效益。

      本項目將非晶合金材料的優異特性和硅鋼立體卷鐵心制造技術有機結合,研制非晶合金立體卷鐵心變壓器,提高變壓器可靠性的同時,降低了用電成本,對國家配電網建設中的節能降耗工作起到了推動作用。


      二、技術原理

      1、磁路


      圖1 非晶合金立體卷鐵心的磁路示意圖(左)及磁通向量(右)

      對非晶合金立體卷鐵心的磁路進行理論分析。左圖中的A相磁通fA是由兩個單框中f1和f2合成,右圖是每個框磁通和心柱磁通的向量圖。f1向上平移,并將f1的尾端移至f2的箭頭,通過運用三角函數的關系式可以計算出,立體卷鐵心的鐵軛磁密比鐵心柱磁密高出15.5%。

      2、熱處理


      圖2 監測鐵心和爐溫的位置示意(左)及熱電偶插入位置示意(右)

      本項目是采用多熱電偶測溫技術和熱風循環差異導流技術相結合的熱處理工藝。右圖是熱電偶插入的位置示意圖。根據鐵心的規格,在三個及以上不同帶材的中心插入熱電偶。左圖是以前監測鐵心和爐溫的位置示意圖。前者是為了能夠有效達到控制鐵心內部的溫度而提出的一種新的測溫技術,即多熱電偶測溫技術。結合在退火爐內增導流板、調節風速等技術,可有效減小在同一鐵心不同部位的溫差。左圖是改進前的情況,不同部位的維溫差要達到50℃,改進后溫差可以減小到20℃左右。

      經過采用熱電偶測溫技術和熱風循環差異導流技術后,非晶合金立體卷鐵心的性能參數可以達到在1.35T磁密時,單位勵磁功率為0.35VA/kg,單位損耗為0.18W/kg。


      三、應用領域

      產品適用于配電領域,該系列非晶合金立體卷鐵心配電變壓器是一種結構更合理、性能更優良的新型高性能配電變壓器;提高了電能質量和供電的可靠性,是有利于環保的綠色節能設備,為城鄉電網技術改造工程中提供高供電可靠性及最為節能的產品。


      四、主要技術創新點

      非晶合金立體卷鐵心變壓器不同于以往的三相三柱或三相五柱式平面卷鐵心變壓器,鐵心結構采用了橫截面近似圓形的立體斷軛卷鐵心形式,器身采用了合理的壓緊結構,鐵心由三個幾何尺寸相同的單框鐵心組成,形成立體三角形對稱結構。具體創新點如下:

      采用了立體卷鐵心結構,具有三相磁路最短且完全對稱等長的特點,使得變壓器的空載電流下降,噪音得到有效改善。采用了斷軛卷鐵心結構,滿足了鐵心和線圈獨立加工的要求,提升了鐵心和線圈的質量水平,縮短了變壓器的生產周期。采用了圓形截面的卷鐵心結構,使線圈同樣可以加工成圓形,有利于改善抗短路能力,提升變壓器運行的安全可靠性,同時也減少了銅材用量。立體卷鐵心采用了非晶帶材縱向多角度剪切技術,滿足了鐵心心柱橫截面為圓形的技術要求。立體卷鐵心熱處理工藝采用多熱電偶控溫技術與熱風循環差異導流技術,實現了寬度連續變化的非晶合金帶材受熱均勻的目的,改善了立體卷鐵心的電磁性能。


      五、技術指標

      1、主要技術性能指標

      表2 30kVA~630kVA非晶合金立體卷鐵心變壓器

      2、國內外同類技術比較

      鑒于目前國內外尚未有相關產品面市,因此產品性能數據無法對比,但同目前最為通用平面卷鐵心變壓器相比,非晶合金立體卷鐵心變壓器的空載損耗、空載電流、噪音水平、過載能力、抗短路能力等均有明顯改善,具體對比如下:


      表3 產品性能數據對比

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