鐵心的優(yōu)化設計對電力變壓器性能的影響

摘要：本文簡要說明鐵心的作用和型式，卷鐵心的技術特性，將卷鐵心變壓器的產(chǎn)品結構、制造過程及技術性能特點與傳統(tǒng)產(chǎn)品作了對比分析，并說明了鐵心結構的優(yōu)化改進對電力變壓器性能的影響，對卷鐵心變壓器的技術經(jīng)濟性和發(fā)展前景作了分析。

關鍵詞：鐵心的作用和型式;卷鐵心結構;對比分析

一、卷鐵心變壓器產(chǎn)品結構與制造簡要說明

1?鐵心結構

三相卷鐵心配電變壓器的鐵心結構如圖。鐵心窗口四角為圓角（一般圓角半徑大于4mm）。

鐵心材料一般采用日本進口優(yōu)質冷軋硅鋼片，加工過程如下：

2?繞組

卷鐵心配電變壓器的高低壓繞組是在鐵心柱上直接繞制的，采用層式或螺旋式線圈，一般不浸漆，層間絕緣全部采用網(wǎng)格點膠紙。高壓線圈為多層圓筒式結構。

繞制線圈時，首先把卷制合格的鐵心固定在專用的繞線機上，在鐵心柱上繞一層滌綸絲帶，再將兩個半齒輪安裝在鐵心柱上，用手柄調整兩個主動齒輪與繞線齒輪，使其成為最佳嚙合，并保證兩端齒輪間距符合繞組軸向尺寸要求。再在兩端繞線齒輪的凸臺上裹上內(nèi)紙筒，然后用白布帶稀繞將紙筒收緊固定，點動繞線機應轉動靈活。

3?裝配

器身采用新的繞組端面有效支撐結構，夾件通過拉螺桿將繞組壓緊，在拉螺桿一端還墊有蝶形彈簧，確保器身穩(wěn)定性。器身裝配前，先用吊具把鐵心連同線圈平放到裝配平臺上，抽出首頭和末頭進行整理。借助吊具將鐵心起立，裝配鐵軛絕緣，上好夾件，壓緊線圈軸向。

二、卷鐵心變壓器與傳統(tǒng)疊片式鐵心變壓器制造過程的對比

1 鐵心材料消耗上的比較

三相卷鐵心比疊片鐵心少4個大尖角和4個小尖角，角質量大約占鐵心質量的10%～12%。疊片式鐵心材料利用率約為90%，卷鐵心的材料利用率達95%以上。

2鐵心附加損耗的比較

卷、疊兩種鐵心，都有縱剪工序。在剪切過程中均會在鐵心硅鋼片剪切切口附近一定范圍內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應力，使材料取向晶格劣化而增大損耗。收卷或卷制也會產(chǎn)生內(nèi)應力。

3 生產(chǎn)周期和工時成本的比較

卷鐵心的加工程序為：開卷→卷繞→退火→浸漆。對于單臺或小批量加工，其生產(chǎn)周期為4天～5天。而疊片式鐵心的相應周期要短些，一般為2天～3天可完成。前者受設備限制影響較大，而疊片式鐵心加工用的縱、橫剪生產(chǎn)線效率高，適合大批量生產(chǎn)。

三、卷鐵心變壓器技術特性與試驗驗證

1空載損耗降低20%～30%，. 空載電流降低70%～80%

卷鐵心變壓器空載損耗低，空載電流小的主要原因包括以下三點：第一，卷鐵心充分利用了硅鋼片的方向性，減少了因磁路中硅鋼片取向不一致所增加的損耗;第二，由于卷鐵心內(nèi)部無接縫，不消耗鐵心接縫的磁化容量;第三，卷鐵心的制造工藝更適宜于采用薄型硅鋼片，可減少渦流損耗。北京東通電力設備公司采用日本進口硅鋼片，制造的S11系列卷鐵心變壓器，其空載損耗比采用國產(chǎn)硅鋼片制造的產(chǎn)品更低，空載電流更小。S11產(chǎn)品與S9產(chǎn)品空載特性的對比見表1和表2。

2、卷鐵心變壓器運行時噪音水平低，有利于環(huán)境保護

卷鐵心變壓器的硅鋼片不存在任何橫向和斜向的縫隙，且由于負載電流引起的漏磁也很小，因此S11變壓器的噪音僅30～40dB。比S9變壓器的噪音約降低8～12dB，有效地降低了噪音污染，保護了環(huán)境。

3、有利于降低卷鐵心變壓器的運行溫升

由于鐵心結構合理，空載損耗降低，空載電流大幅度減小，卷鐵心變壓器的運行溫升明顯低于疊片式鐵心的變壓器。

四、卷鐵心變壓器的技術經(jīng)濟性

在滿足可靠性的前提下，電力部門對產(chǎn)品的性能指標是非常關心的，因其直接關系到產(chǎn)品的運行成本。

變壓器運行一年的電費按下式計算：

我國10kV級配電變壓器年需求量約5000萬kVA，按年使用卷鐵心變壓器2000萬kVA考慮，則每年節(jié)約的費用至少為1億元。同時，還可由節(jié)能帶來良好的環(huán)保效應。

結束語

1）卷鐵心配電變壓器結構緊實，具有機械性能好，抗短路能力強，空載電流小，損耗低、噪音低、溫升低的特點，是一種低損耗、低噪聲的綠色環(huán)保節(jié)能變壓器。

2）卷鐵心配電變壓器產(chǎn)品符合我國電工行業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的要求，符合電力行業(yè)的技術政策和裝備政策，為我國小型變壓器增加了一個產(chǎn)品換代的新品種。也為小型配變進入國際市場創(chuàng)造了良好條件。

參考文獻

[1]賀以燕 《變壓器工程技術》中國標準出版社 2000年9月第1版

[2]劉傳彝《電力變壓器設計計算方法與實踐》 遼寧科學技術出版社?2000年9月第1版

作者簡介：楊青峰，1970年5月，男，山東新泰人，大學學歷，副教授，山東工業(yè)職業(yè)學院電氣學院，主要研究方向：自動化。

基金項目：2020年度山東工業(yè)職業(yè)學院教科研項目“弘揚工匠精神，提升專業(yè)技能，職業(yè)技能競賽促進職業(yè)教育教學改革研究”立項，項目編號202003

（山東工業(yè)職業(yè)學院電氣學院）