干式非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)與性能分析

馬　驍　孟　波　吳玉坤（中國(guó)能建集團(tuán)裝備有限公司，北京 100044）

干式非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)與性能分析

馬驍孟波吳玉坤
（中國(guó)能建集團(tuán)裝備有限公司，北京 100044）

對(duì)于干式非晶合金變壓器而言，其鐵心結(jié)構(gòu)與性能密切相關(guān)。性能高、空耗低的干式非晶合金變壓器不僅能耗低，還具有噪音小的優(yōu)勢(shì)。本文主要從占地面積、重量、磁通分布的角度來(lái)分析了干式非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)與性能，并通過(guò)實(shí)例分析來(lái)說(shuō)明其在工業(yè)化生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值。結(jié)果表明，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場(chǎng)分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低，優(yōu)于三相五柱變壓器。

干式非晶合金變壓器鐵心結(jié)構(gòu)性能

三相三柱式、三相五柱式是非晶合金變壓器鐵心兩種結(jié)構(gòu)形式，本文主要是對(duì)比了這兩種鐵心的占地面積、重量、磁通分布，既介紹了其結(jié)構(gòu)，又對(duì)比分析了他們的性能。

1　占地面積、重量比較

三相五柱式鐵心由四個(gè)鐵心組成，兩邊是兩個(gè)小鐵心，中間是大鐵心，共四個(gè)框，五個(gè)柱，所以三相五柱式鐵心又稱作四框五柱式鐵心，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖3　三相五柱變壓器鐵心內(nèi)磁通分布

在疊度方面，四個(gè)鐵心一樣。在窗寬方面，旁軛小鐵心略小。旁軛小鐵心窗寬

其中：d指的是鐵心疊厚；Mo指的是兩鐵心柱中心距；r指的是三相繞組相間距離。

三相三柱式鐵心由兩小、一大三框鐵心組成，大鐵心包著兩框小鐵心，共三個(gè)柱，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。在疊毒方面，三個(gè)鐵心一樣。

根據(jù)相同的原則對(duì)三相五柱式非晶合金變壓器、三相三柱式非晶合金變壓器進(jìn)行電磁參數(shù)的計(jì)算。對(duì)于這兩種不同結(jié)構(gòu)的鐵心，如果其性能相同，兩種鐵心的窗高、疊厚、窗寬、心柱截面積和帶材片寬等結(jié)構(gòu)參數(shù)是一樣的，但其重量以及占地面積是不同的［1］。對(duì)圖1、圖2進(jìn)行對(duì)比可知，三柱鐵心比五柱鐵心多了一上一下兩個(gè)鐵心疊度、少了將近一個(gè)Mo，因此五柱鐵心的占地面積更大［2］。同樣，經(jīng)過(guò)計(jì)算，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，五柱鐵心的重量更大。那么，在鐵心截面相同時(shí)，由于鐵心重量增加，三相五柱非晶合金變形器的空載損耗能更大。

圖4　三相五柱變壓器鐵心內(nèi)磁通的關(guān)系

圖5　三相三柱變壓器鐵心磁場(chǎng)分布

表1　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)值、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)比較

2　磁場(chǎng)分布比較

三相五柱非晶合金變壓器鐵心的磁通分布如圖3所示。用等效正弦波分析，可得：ΦA(chǔ)+ΦB+ΦC=0，Φ1+ΦA(chǔ)+ΦB+ΦC+Φ4=0，經(jīng)進(jìn)一步運(yùn)算可得：Φ1=-Φ4，這說(shuō)明兩個(gè)邊柱之間的磁通方式是相反的、大小是相等的。

由圖4可知，Φ1+ΦA(chǔ)=Φ2；Φ2+ΦB=Φ3；ΦA(chǔ)+ΦB=ΦC；經(jīng)進(jìn)一步運(yùn)算可得：Φ3-Φ1=ΦC。因?yàn)棣?=-Φ4，所以Φ3+Φ4=ΦC。這說(shuō)明磁通Φ1、Φ2、Φ3和磁通ΦA(chǔ)、ΦB、ΦC之前是相電壓與線電壓的關(guān)系。受到制作工藝以及鐵心材料的限制，鐵心鐵軛及旁柱截面不會(huì)超過(guò)心柱截面的 1/2［3］。在這種情況下，設(shè)鐵軛及旁柱與鐵心柱形成的是正弦磁通波，則前者的磁通是后者的1/［4］，這就導(dǎo)致三相五柱式非晶合金變壓器上、下鐵軛局部磁密過(guò)高。

在圖5中，左圖是B 相繞組電壓到達(dá)幅值時(shí)的磁力線分布，中圖是B 相繞組電壓過(guò)零時(shí)的磁力線分布，右圖是磁密的云圖分布。從中可以看出，三相三柱非晶合金變壓器鐵心鐵軛磁密過(guò)高現(xiàn)象只會(huì)出現(xiàn)在拐角處，且密度低于三相五柱非晶合金變壓器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三相五柱非晶合金變形器的空載噪音更大，也經(jīng)再次證明其空載損耗更高（能量守恒，同樣的功效，噪音越大，能耗越高，因?yàn)樵胍粢矔?huì)產(chǎn)生耗能）。

3　實(shí)例分析

某公司生產(chǎn)的干式非晶合金變壓器，其在型式試驗(yàn)、聲級(jí)測(cè)定、例行試驗(yàn)、短路承受能力試驗(yàn)、局部放電測(cè)量中的各項(xiàng)參數(shù)和指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的要求，樣品試驗(yàn)合格。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)值、標(biāo)準(zhǔn)值和試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

該干式非晶合金變壓器掛網(wǎng)運(yùn)行多年，據(jù)客戶反饋，其運(yùn)行安全可靠、損耗小，噪音低，很好地滿足客戶的要求。

4　結(jié)論及建議

通過(guò)對(duì)占地面積、重量、磁場(chǎng)分布進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，本文發(fā)現(xiàn)，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場(chǎng)分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低。實(shí)例分析也再次佐證了上述觀點(diǎn)，建議可適當(dāng)多采用三相三柱變壓器。

［1］季愛(ài)暉，蔡定國(guó)，龍麗瓊，等.三相五柱式非晶合金變壓器磁路及其性能參數(shù)分析［J］.變壓器，2009，46（10）:14-17.

［2］謝毓城.電力變壓器手冊(cè)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］周賢土.非晶合金材料變壓器（上）［J］.變壓器，1996，33（10）:15-18.

［4］雷全賢.箔式繞組樹脂澆注干式變壓器的技術(shù)特點(diǎn)［J］ .變壓器，1997，34（9）:12-17.