S11系列卷铁心与叠积式铁心变压器的性能分析(检修部)...docx

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1、国家电网I2015年光源集团修试分公司检修部Sll系列卷铁心与叠积式铁心变压器的性能分析摘要：介绍了SlI系列卷铁心变压器和段积式铁心变压器的结构特点，并依据各自的结构分析了其空载损耗、空栽电流、承受短路的实力和过负载实力等性能。认为在抗短路实力和过负载实力方面，置积式铁心变压器优于卷铁心变压器：对小容取变压器，卷铁心变压器具有成本优势，而对于大容量变压器，段积式铁心变压器的制造成本低于卷铁心变压器.关键词：变压器：卷铁心：受积式铁心节约能源和运用节能产品是我国的一项基本国策。从20世纪80年头起先，随着热轧硅钢片晶粒取向的冷轧硅钢片所取代，7型变压错逐步取代了较高能耗的变压器。至20世纪90

2、年头末期，随着冷轧硅钢片材料性能的提高以及新技术、新结构、新工艺的应用，7型变压器也被视为高能耗产品，由9型变压器取而代之。开发低损耗变压器的主要手段是采纳新材料，应用新结构和新工艺，有发展前强的新材料之一是非晶合金1.除采纳新材料外.变压器行业对铁心结构也进行了大盘的探讨和开发工作，各种结构的铁心不断涌现，出现了11型卷铁心变压器,它进步降低了变压龄的空载损耗,在2001年年初，由广东省广电集团有限公司广州供电分公司电力设备修造厂（以卜悯称“广州电力修造厂”）和佛山市旭华电力设备制造有限公司（以卜.简称“佛山旭华公司”）联合开发了SU系列强枳式铁心变压器。本文将对SU系列卷铁心变压器和段积式

3、铁心变压器的性能进行分析、比较。1叠积式铁心和卷铁心的结构1.1 叠积式铁心叠积式铁心是将已纵向剪切成肯定宽度的硅钢带,横剪成肯定形态和尺寸的硅钢片，再将硅钢片叠积起来组成变乐器铁心。为了充分发挥晶粒取向的硅钢片的优良性能.目前的铁心都采纳全斜接缝结构（如图l（八）所示），使磁通在铁心内的流通方向与硅钢片的晶粒取向一样。但铁心在叠积时，每一层都有肯定数量的斜接缝，所以，铁心必需交织狡枳才能组成一个整体。在铁心的接缝处，铁心磁通穿越相邻硅钢片形成闭合磁路，但接缝处局部的铁心损耗会增大。为了削减接健对变压器损耗的影响，变压器接形式由二级接缝发展至三级或三级以上的接St,这样能显著降低变压器的损耗，

4、使目前的1OoOkYA变压器铁心的附加损耗系数降低至I.1Q1.13。卷积式铁心接缝区损耗增加的缘由主要是接缝区产生的破通发生畸变.对小容垃的变压器，接对空载损耗的影响较大：对较大容量的变压器，接缝对空载损耗的影响较小。1.2 卷铁心卷铁心变压器的铁心是用硅钢带连续卷制而成，它最早应用于电子变压器，特殊适用于单相变压器。采纳晶粒取向的硅钢带卷制成的雎相卷铁心，能保证能通流通方向与硅钢带的晶粒取向一样，使材料的优良性能得到完全发挥,但在磁通的流通过程中，每闭合磁通在1个闭合回路内至少穿越硅钢片1次。将卷铁心技术推广到三相变压器，可制成三相三柱式变压器铁心,它由2个相同的内框和个外框组成(如图1(

5、b)所示)，由于每一铁心柱都是由2个不同的框柱组成，而变压器在运行时，每个铁心柱的磁通是不断改变的，所以也存在磁通仅在2个铁心柱之间流通，而在另一铁心柱内的磁通为零的状况.这样，一部分磁通会在不同的框之间穿越，或者在磁通为零的铁心柱内，2个框内会出现流通方向相反的磁通。无论出现哪种状况，都会增加铁心的空载损耗，因此，目前的三相三柱式卷铁心结构有肯定的缺陷。图1变压器铁心餐装蠲电函.8另外，依据硅钢片的特性，卷铁心必需经过退火处理，退火一方面增加变压器的成本,另一方面退火质量对铁心的空载损耗影响较大，所以，应仔细驾驭退火工艺。2叠积式铁心变质器和卷铁心变压器的结构特点1.1 叠枳式铁心变压器受积

6、式铁心变用器的铁心和线圈是分别制造的，铁心叠好后，将上铁柜拆除,然后套装铁规绝缘和线圈,用挣条将内线圈和铁心柱撞紧，再插装上铁跳，完成器身装配。挣积式铁心变压器的结构具有卜述特点：a）铁心的夹紧方向是铁心片的厚度方向，能很好地夹紧铁心；b）为双层圆筒式线圈，线圈的内层没有线圈件架：C）由于在安装时拆掉了上铁粗，铁心柱和线圈之间可以很便利地用擦条操紧：d）线圈是单独统制的，绕制后线圈可以单独浸漆.2. 2卷铁心变压器卷铁心变压器最早由日本的些变质港厂家制造，但日本的卷铁心变压器制造工艺与我国不样。日本的制造工艺是：在铁心卷制后，再切开条缝，然后套装线圈，我国的卷铁心变压器的制造工艺为：将已退火的

7、铁心成品放到卷铁心绕线机上绕线圈，绕线圈前，先将1个开成两边的线圈骨架装到铁心柱上，然后在线圈骨架上绕制线圈，绕完后，再装好夹铁，夹紧线圈，完成器身装配。其产品结构有以下特点：a）铁心的夹紧方向是硅钢片的宽度方向，不能沿硅钢片的厚度方向夹紧铁心，使整个铁心在结构上不够坚固，必需做铁心浸漆处理：b）内线圈的最内层肯定要有线圈骨架，导致内线圈的最内层散热较差：c）在铁心柱与内线圈的相与相之间，没有找条撑紧：d）由于线圈干脆在铁心上绕制，线圈不能避开铁心单独浸漆。3性能分析3.1空载损耗变压器的空载损耗是变用第的一个特别重要的经济指标，Sll系列变压器的空载损耗比S9系列变用第平均下降30%以上。对

8、用户而言，无论是SIl系列卷铁心变压器,还是Sll系列叠积式铁心变用黑，其空载损耗的水平都是一样的。在影响强积式变压器空载损耗的因素中，除变压器结构和铁心材料外，还有铁心剪切毛剌和叠片的质量，而剪切毛刺和彝片质量对空载损耗的影响较小，为1%3%.所以，除个别新设计的产品外，凝积式铁心一般不需做半成品的空我试验，也可以保证同种规格不同产品的损耗值很接近。卷铁心的退火质量对卷铁心变压器空载损耗的影响很大.依据沈阳变压器探讨所的试验结果，在不退火状态下做空我试验，卷铁心的空载损耗是基本损耗的5-7倍：假如退火质量不好,其空教损耗是基本损耗的152倍.退火质室对空载损耗的影响高达50%-100%,可能

9、造成同种规格不同产品的损耗值偏差较大。从保证产品质量的角度考虑，应在退火后抽测卷铁心的空载损耗值。3. 2空载电流和噪声在相同空载损耗的条件卜.，由于卷铁心变压器磁路无接缝，所以卷铁心变压器的空载电流和噪声比段枳式铁心变压器低.据了解，Sll系列卷铁心变压器的空载电流比S9系列变压器的国家标准值下降60%以上，噪声比JB/TI0088-19996-220级变压器声级B中的标准值下降30%以上。对楹积式铁心,从广州电力修造厂和佛山旭华公司联合设计的Sl1-1000/10型和S11-400/10型福积式铁心变压器样机的试验结果来看,其实测的空载电流比S9系列变压制的国家标准值降低65%以上.因此.

10、虽然理论上卷铁心变质器的空载电流比叠积式铁心变乐器小，但假如叠积式铁心变压器设计合理，工艺保证,那么两界的实际区分不会很大。3.3承受短路的实力变乐器承受短路的实力是影响变压器牢苑性的个重要指标。变压黑承受的短路力主要有线圈幅向力和线圈轴向力，线圈帕向力使内线圈承受向内的挤JK力，使外线圈承受向外的拉伸力。对卷铁心变压隅来说，由于内线圈与铁心之间没有探条撵紧，当变压短路时，小容量的变压器短路力较小，内线圈本身可以承受短路力；但当变压器容他较大时，短路力较大，内线圈本身和线圈骨架承受不了短路力，荷单导致内线圈变形，使变压器损坏。所以，卷铁心变压器（尤其是容量大的变压器）承受短路的实力较差。对接积

11、式变压器来说，由于内线圈与铁心柱之间有摔条撑紧，线圈幅向的机械性能很好，所以承受短路的实力强。此外，在承受幅向短路力方面，广州电力修造厂和佛山旭华公司联合开发的产品都采纳低轴向短路力结构和高牢靠性压紧结构，使变压器具有很强的承受短路的实力，4台样机都一次性通过r国家变压器质量监督检验中心的突发短路试验的考核.在送至国家变压器质殳监督检验中心试验的卷铁心变压器中，绝大多数都是容量为400kVA及以下的变压潜，到2001年5月止,还没有台容量为1000kVA及以上的卷铁心变压器通过国家变用器质员监督检验中心的短路试验的考核，较大容量的卷铁心变压器能否承受突发短路还须要进一步验证。3. 4过负载实力

12、卷铁心变压器的内线圈有线圈骨架，该骨架较厚，如图2所示，线圈热量不能通过线圈件架散发出来，对SIl500/1Q型变压器及容量更小的变压器,其内线圈为双层圆筒形，内线圈的内层和外层在单位面积上的发热量相等,但内线圈的内乂只有一面散热，而外乂有两面散热，使内线圈的温升比平均温上升许多。例如，若测量出变压器内线圈对油的平均温升为23K,则可推算出卷铁心变压器内线圈内乂对油的温升可达3132Ko图2卷铁心变压器线网结构UiWU残积式铁心变压器的内线圈与铁心柱之间的纸筒较薄，该层纸筒散热效果较好，内层与外层之间温度差较小，若测量出内线圈对油的平均温升为23K,则可推匏:出福积式铁心内线圈内层对油的平均温

13、升为26K,.所以,对丁卷铁心变压器和叠积式铁心变压器，即使2种变压器的温升试验数据完全一样，但由丁卷铁心变压器的最热点温升比叠积式铁心变压器高出许多，使卷铁心变压器的实际过负载实力比叠积式铁心变压器弱许多。在相同负载条件下,依据六度法则，上例中的叠积式铁心变用器的运用寿命比卷铁心变压器运用寿命约长倍。4成本分析目前，一些卷铁心变质渊生产厂家在推销自己的产品时，都比较强调Sll系列卷铁心变压器的材料消耗较少.质量较轻，而忽视了制造成本。现在许多厂家生产的SII系列卷铁心变压器，都是采纳厚度为0.230.27mm的硅钢片，而生产S9系列胜枳式铁心变压器常采纳厚度为0.30mm的硅钢片，2种铁心材

14、料的基本损耗不一样，可比性并不强。用相同材料（例如3OQ13O材料）设计511系列变压器时，在保证完全退火的条件下，卷铁心变压器的铁心附加损耗系数的取值应不低于1.05；对于段枳式铁心变压器的铁心附加损耗系数,50100kVA变压器取125左右,160-250kVA变压器常取1.2,315-500kVA变压器常取1.17,630kVA及以上容量的变压器则取1.13.从铁心附加损耗系数看，在空载损耗相同的条件下,制造卷铁心变压器的材料消耗比福枳式铁心变压器少,但在卷铁心制造过程中,须要经过退火处理，使卷铁心的制造成本增加，此外，在生产较大容量的变压器时；线圈须要浸漆（若不浸漆，其承受短路的实力更

15、弱），而线圈浸漆时，必需在线圈烘干后和铁心起整体浸漆，再整体烘干,进一步增加了变压潺的制造成本。而制造强枳式铁心的过程中需冲V口，使铁心材料的损耗增加於5虬这是登枳式铁心的不足之处，综合比较以上各种因素，笔者认为，若按常规方法设计制造Sil系列强枳式铁心变压器，其成本比卷铁心变压器高。但广州电力修造厂和佛山旭华公司联合开发的SIl系列独积式铁心变压器采纳了特殊的设计方法和制造工艺，可以降低变压器的空载损耗。广州电力修造厂和佛山旭华公司生产的SIl系列变压器，若运用同型号的材料，对容量为630kVA及以上的变压器，叠积式铁心变压器的材料消耗与卷铁心变压器相当，具制造成本还会略低卷铁心变压器：对T

16、3l5500kYA变压瑞福积式铁心变压器的制造成本与卷铁心变压器相当：但对容量为250kVA及以下的变压黑，卷铁心变压器的制造成本要低于叠积式铁心变压器。在修理方面.叠积式铁心变压器要比卷铁心变压器便利。对三相三柱式卷铁心而言，礴通可能会在框与框之间穿越，是否会引起铁心的局部过热，还需经运行验证。而强枳式铁心变压器由于运用时间长，运行阅历丰富，运用时不会出现不行预见的技术问题。5结论a)在变压器的运行噪声方面，卷铁心变压器要优于登积式铁心变压器；b)在影响产品运行牢靠性的抗短路实力方面，叠积式铁心变压器比卷铁心变压器强：c)在过负栽实力方面，段积式铁心变压器比卷铁心变压器强；d)在SU系列变压器制造成本方面，对小容量变压器，采纳卷铁心结构具有成本优势，容量越小，此