卷铁心变压器的性能研究

卷铁心变压器的性能研究

陈兴土汪洋

（杭州钱江电气集团股份有限公司浙江杭州311200）

摘要：降低变压器的损耗，提高供配电系统效率，是目前世界各国关注的问题。在整个供电系统中，配电变压器所占比重最大，改进其性能，降低损耗指标，对电力系统节能，提高系统可靠性具有重要意义。

关键词：卷铁心变压器；概述；特点；性能

1.前言

卷铁心变压器与传统的叠片式铁心变压器相比有许多优点。它重量轻、体积小、空载损耗小、噪声低、机械和电气性能优越。因此，在两网改造中，卷铁心变压器是理想的可以在全国范围内普遍采用的新产品，值得推广。

2.概述

随着能源越来越紧张，各国加紧研制新型节能的变压器。我国在引进消化吸收日本、瑞典等国家卷铁心工装设备和技术的基础上，于20世纪90年代后期先后研制成功新S9系列、S11型、立体卷铁心变压器。一般的国产变压器是平面叠铁心变压器，自2003年后，卷铁心变压器和立体卷铁心变压器才逐渐在我国流行起来；我国尚无立体卷铁心变压器统一的名称和型号，目前都由生产厂商自行命名，一般有下列名称和型号：立体卷铁心变压器，立体组合式卷铁心变压器，立体组合式三相卷铁心变压器，三角形立体卷铁心变压器，三维立体卷铁心变压器；型号有S11（～S13）——MRL或S11（～S13）——RL。变压器技术的主要发展趋势是采用新材料和新结构提高可靠性和节能，降低损耗，立体卷铁心变压器的研制成功顺应了这种趋势，本文重点介绍这种变压器的结构特点和节能指标，对新购买该变压器的投资回报进行测算。

3.卷铁心变压器的特点

3.1优点

卷铁心变压器是利用高导磁、低损耗冷轧硅钢片的导磁性能，采用卷制工艺以减少接缝，使磁通分布趋于均匀。在相同材质情况下，对中小型配电变压器来说，其铁心损耗工艺系数可从1.20一1.47下降到1.05一1.10，铁心损耗下降超过10%，而且较小容量的铁心和较大容量的铁心在相同的退火情况下工艺损耗系数趋于相同，这一特点对小容量变压器尤为有利；由于没有接缝，铁心的空载电流一般仅为叠铁心的10%左右，降低了电网无功损耗，提高了电网的电压质量。

3.2制造工艺处理及成本控制

卷铁心变压器简化了传统的铁心制造工艺过程，制造时只需纵剪，没有边角余料，材料利用率高。在整卷硅钢片边缘质量和绝缘膜质量完好的情况下，硅钢片的利用率能达到98%以上。在心柱截面相同的条件下，卷铁心比叠铁心质量可减少5%一6%，而且不需要横剪，节省了工时。卷铁心采用机械化生产，人员对铁心制造质量的影响相对减少，适合机械化大批量生产。卷铁心通过机械紧密卷制而成，铁心自身是一个牢固的整体，不需要夹件夹紧固定，并能保证铁心质量稳定。

3.3工艺参数及性能指标的控制

铁心的卷制及退火效果控制，是保证变压器性能指标的关键。在采用高质量硅钢片的基础上，利用平面式钟罩退火炉进行铁心退火处理，采用微电脑温控系统，严格按设定退火曲线对炉温进行控制；炉内安装大功率热循环风机，以提高炉内各点温度的均匀度，气体导人前必须经气体干燥系统进行干燥，避免铁心退火氧化。通过对铁心温度的自动测量和记录，可全面分析和确定各种铁心的退火效果。另外，卷绕铁心宜采用先进设备，来提高铁心叠片系数，加强铁心机械强度和降低铁心噪音。

3.4外观要求

单相变压器外形宜选用圆柱形，箱盖、箱底一次冲压，保证油箱有足够强度。箱盖应有排水措施，外表面必须进行三防处理。箱体颜色宜与周围环境相协调。

4.性能分析

4.1空载电流特别小，大大降低无功损耗，改善供电品质：众所周知，空气的磁阻比硅钢片的磁阻高出几千倍，而叠片式变压器铁心的搭头接缝不知其数，已知铁心接缝区的局部损耗和空载电流与铁心接逢数N的近似关系为：

P0=K1×『B1×N（N-1）/2』

I0=K2×『B2×N（N-1）/2』

因此，铁心磁路中接逢数越多，其损耗和空载电流就急剧增加。立体卷铁心一根硅钢片带料在专有设备上连续不间断地一次卷绕成形，铁心磁路中没有一处搭头接逢，不仅损耗大大降低，且空载电流特别小。

4.2三相铁心结构完全对称、三相磁路绝对平衡，无三次谐波产生，波形好：由于铁心为三维立体结构，三相的平均磁路长度绝对相等、平衡，铁心中磁通及感应二次电压均呈现正弦波，保证了供电波形的质量。

4.3噪音低：铁心是将硅钢片条料在专门的铁心卷绕机上不间断、紧密连续卷制而成，没有接逢，不会产生如叠片式铁心那样因磁路不连贯而发出的噪声。

4.4具有良好的散热和承受热冲击性能：由于空载电流小，空载损耗低，铁心发热量低，以及采用了D形半圆弧铁轭和饼绕连续式高压绕组，组成了一个上下通风内外散热的高校自然循环散热装置。

4.5运行成本低，社会经济效益显著：立体卷铁心变压器比国际SGB10228-1997降低空载损耗约40%以上，比国内大量采用的S9系列变压器降低空载损耗约30%以上，空载损耗的降低将为国家节约大量的能源，为用户节约大量的运行成本。

5.线圈结构特点及工艺

卷铁心变压器高、低压线圈是在铁心柱上直接绕制的，因此，只能采用层式或螺旋式线圈。该线圈一般不做浸漆处理，所以层间绝缘全部采用菱形点胶纸，高低压间主油道采用半油道帘式撑条结构，以保证油道间隙均匀。线圈绕制过程是，首先把卷制合格的铁心固定在专用的绕线机上，并在铁心柱上稀绕一层涤纶丝带。然后将两半齿轮安装在铁心柱上，铜套与铁心的定位要固定好，靠手柄调整两个主动齿轮与绕线齿轮，使其为最佳啮合，并保证两端齿轮间距符合绕组轴向尺寸要求。

在立式绕线机上绕制三相卷铁心线圈，一般先从最上面A柱开始。首先裹上内纸筒，然后用白布带稀绕将纸筒收紧固定在两端绕线齿轮的凸台上，点动绕线机应转动灵活。低压扁铜线的绕制是按设计要求，包好出头绝缘（注意线圈绕向），将线圈首头固定在绕线齿轮上。开始绕制时，采用普通线圈“8”字绑扎法将起始匝与端绝缘绑好，并沿圆周均匀加放4～5根轴向拉紧收缩带。绕制时收缩带与线匝交替上下位置，边绕边拉紧，使线匝紧实平整。绕至末端最后一匝时，确定好出头位置点动倒车，同起头方法包扎出头绝缘，并将端绝缘与末匝仍用“8”字绑扎法绑好（低压线圈首头、末头预留长度都是压在预留的端绝缘处）。低压线圈绕完后，应测量线圈外径，看是否符合要求。然后，按图纸要求放置高低之间油道绝缘，继续绕制高压线圈。高压线圈绕制方法与叠片式线圈绕制方法基本相同，这里不再介绍。A相线圈绕好后，上移铁心，依次绕制B、C相线圈。整台线圈绕好后，用专用吊具把器身平放到装配平台上，抽出首头和末头，放进端部绝缘并压紧。借助吊具将铁心起立，装配铁轭绝缘，上好铁心夹件，压紧线圈轴向（注意铁心不要夹得太紧，否则会增加铁心损耗）。卷铁心变压器的器身装配后成为一个牢固的整体，能耐受较强的短路电流引起的电动机械力。此外，为了防止线圈受潮，绕制好线圈后应及时进行器身装配、入炉干燥及变压器的总装配。从绕制线圈到总装配整个操作过程，对退火后的铁心要轻拿轻放，并配有必要的工装、吊具等，以保证铁心不受较大振动，尽量避免装配过程铁心损耗增加。

6.结束语

卷铁心变压器是一种省材料、节能效果明显、社会效益显著的产品，代挂式配电变压器，不需要架设变压器台，易于安装，节省了送电安装成本：单相送电高压可接近负荷中心，减少了低压远距离送电而引起的线路损耗。

参考文献

[1]姚志松,姚磊.新型配电变压器结构、原理和应用[M].机械工业出版社,2016.12.

[2]朱英浩.配电变压器的发展新趋势[J].电工技术杂志,2017(3)：36.