推广非晶合金铁芯变压器是节能的重大举措.doc

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1、推广非晶合金铁芯变压器是节能的重大举措朱英浩(沈阳变压器研究所，辽宁沈阳110025)　　摘要：推广非晶铁芯配电变压器不但有良好的节能效益(同容量配电变压器的空载损耗可下降70％～80%），而且还有环保效益。建议国家电力公司应大量采用非晶铁芯配电变压器及非晶铁芯组合式变压器。　　关键词：非晶铁芯配电变压器组合式变压器　　变压器是根据电磁原理而制造的一种输变电设备，导磁磁路系统是变压器的一个主要部分。导磁材料的性能直接影响变压器的技术经济指标。　　自1885年匈牙利的冈茨工厂首先研制成第一台具有闭合磁路的单相变压器以来，铁芯是一般碳素

2、钢丝或碳素钢作为当时的导磁材料，铁芯是卷铁芯结构。1903年出现热轧硅钢片，铁芯结构改为叠片式，空载损耗降低5o%以上。1935年美国阿尔姆柯公司向市场供应冷轧硅钢片。1964年日本发明高导磁晶粒取向冷轧硅钢片。1964年日本的新日铁公司开始市场供应这种硅钢片。这样，变压器的空载损耗又一次大幅度下降，0．23mm厚经激光照射或等离子处理的高导磁晶粒取向冷轧硅钢片于50Hz及1．7T下的单位损耗己降到每公斤0.9W。　　1960年美国加利福尼亚大学首先从金和硅合金中发现另一种导磁的非晶合金，1974年美国联信公司研制出铁基非晶合金，1

3、974年美国GE公司发现它有较低单位损耗（1．5T、#6OHz下的单位损耗为0．44w/kg）。　　从此，变压器行业开始注意非晶合金作为配电变压器导磁铁芯的材料。1978年美国研制出10kV.A非晶铁芯变压器，对外公开是1980年研制成的15kV.A非晶铁芯变压器。此后，国外很多变压器制造厂开始研制这种变压器，我国也已研制成功非晶铁芯变压器，有的厂已能批量生产。目前，非晶铁芯三相配电变压器的最大容量已达2500kV.A。非晶铁芯变压器的投网运行，已获得可观的节能效果。10kV级配电变压器年需量约5000万KV.A，若全部采用非晶合金

4、变压器，一年可节电100亿kW.h。同时，还可带来良好的环保效益，少向大气排放CO2、SO2，减少核废料。　　1.非晶铁芯变压器的特点　　非晶合金是一种厚度极薄，仅O.03mm厚的导磁材料，故设计成卷铁芯结构是最佳的结构方案。一般，单相变压器的卷铁芯结构是一个框，三相变压器的卷铁芯结构是由四个框合并成类似三相五柱式结构。因为非晶合金带难以剪切，一般是以边缘剪切处加温而获得良好的剪切面，故卷铁芯截面都呈长方形，长宽比的选择应使导线平均匝长与非晶合金重量为最优参数。　　由于非晶合金的压力敏感性，成形后铁芯应在磁场下进行消除压力的退火处理

5、，为了便于绕组在绕制好的情况下顺利套在铁芯柱上（四框式卷铁芯的每个相绕组要在相邻的两个框上），在卷铁芯的每个框的铁轭部分有交错布置的接缝。以上是一系列的加工过程，为获得最好的性能，非晶合金具有交错接缝的卷铁芯都以标准尺寸并经磁场下退火后由专业厂供货。　　三相配电变压器容量较大时，因非晶带的宽度限于220mm左右，故可选用几个卷铁芯叠在一起的结构，用这种叠放式结构，可使非晶铁芯三相配电变压器单台容量扩大到2500kV·A。　　从电气性能上，由于采用三相四框五柱式结构，每个相绕组套在磁路独立的两框上，每个框内的磁通除基波磁通外，还有三次

6、谐波磁通存在，三次谐波磁通占基波正弦波磁通的百分数则与运行时额定磁通密度选用值有关。一个绕组内两个卷铁芯框内三次谐波磁通正好在相位上相反，数值上相等。因此，每一组绕组内的三次谐波磁通相量和为零。只要变压器三相绕组接法，如D接，有三次谐波电流的回路，在感应出的二次侧电压波形上就不会有三次谐波电压分量。当然，每个框内的空载损耗还是会受到各自框内三次谐波磁通的影响。　　根据上面分析，三相配电变压器采用非晶铁芯获得节能与环保效益的结构方案将是：四框铁芯组成三相五柱结构，非晶铁芯是经退火交错铁轭接缝的结构，铁芯与绕组都是呈长方形截面，绕组可采

7、用先绕制成形的结构，是较好的配合。　　由于非晶合金的压力敏感性，成形后铁芯应在磁场下进行消除压力的退火处理，为了便于绕组在绕制好的情况下顺利套在铁芯柱上（四框式卷铁芯的每个相绕组要在相邻的两个框上），在卷铁芯的每个框的铁轭部分有交错布置的接缝。以上是一系列的加工过程，为获得最好的性能，非晶合金具有交错接缝的卷铁芯都以标准尺寸并经磁场下退火后由专业厂供货。　　2.非晶铁芯的设计参数　　非晶合金的饱和磁密较低，固此额定磁通密度不宜选得更高，一般选取1．3～1．4T的磁通密度可获得较好的空载损耗值。由于非晶合金的单片厚度仅为0．03mm，

8、故叠片系数仅80％左右，因此，非晶铁芯的毛截面要较硅钢片铁芯为大。虽然非晶合金的比重比硅钢片小，但最后的铁芯重量仍较重。　　鉴于非晶合金的价格较贵，有必要选用更合适的绕组排列，使整台变压器价格有所下降。　　传统的配电变压器都采用单同心