簡述立體卷鐵芯樹脂澆注干式變壓器

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

?

簡述立體卷鐵芯樹脂澆注干式變壓器

馮立濤

(天津市特變電工變壓器有限公司，天津 300308)

簡述了立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器的發(fā)展概況，對比立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器與疊鐵心樹脂澆注干式變壓器的優(yōu)缺點，分析了生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

卷鐵心；樹脂澆注干式變壓器；特點；生產(chǎn)

我國是一個能源大國，同時也是一個能源消耗大國。為了促進節(jié)能產(chǎn)品消費，2013年，國家財政部、發(fā)展改革委、工業(yè)和信息化部聯(lián)合下發(fā)了《節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效節(jié)能配電變壓器推廣實施細則》。根據(jù)該實施細則，國家將認定一批高效節(jié)能變壓器推廣的生產(chǎn)企業(yè)，并設(shè)立高效節(jié)能變壓器生產(chǎn)企業(yè)目錄，對購買目錄中企業(yè)所生產(chǎn)的高效節(jié)能變壓器產(chǎn)品的用戶，由國家根據(jù)不同能效等級給予一定補助。從現(xiàn)行標準看，除了非晶合金變壓器外，普通硅鋼結(jié)構(gòu)的疊鐵心配電變壓器達到標準中1、2級能效水平較為困難。而立體卷鐵心變壓器經(jīng)廣東海鴻為主的相關(guān)制造廠實踐證明，達到能效2級甚至能效1級的要求較為容易，有一定的潛在優(yōu)勢，可成為配電變壓器節(jié)能設(shè)計的一個方向。

1 立體卷鐵心變壓器的發(fā)展概況

對節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效節(jié)能配電變壓器推廣目錄第一、二批公示名單中各條塊產(chǎn)品進行分析可知，全國共有超過70家企業(yè)的相關(guān)產(chǎn)品通過節(jié)能認證。其中油浸變壓器近70家，干式變壓器近50家。通過節(jié)能認證的產(chǎn)品中，立體卷鐵心油浸變壓器有17家，干式變壓器有6家。從以上認證情況可以看出，部分疊鐵心產(chǎn)品采用優(yōu)質(zhì)硅鋼和優(yōu)化設(shè)計后，也可滿足能效2級甚至能效1級的要求。但需要說明的是，滿足能效標準的疊鐵心產(chǎn)品經(jīng)濟性往往較差，基本靠增加原材料投入來滿足損耗指標。相對于疊鐵心，立體卷鐵心產(chǎn)品由于需要重新引進整條鐵芯和繞線設(shè)備及技術(shù)，投資較大，因此國內(nèi)生產(chǎn)廠家還不多，遠遠未成為節(jié)能變壓器的主流。

目前，在國內(nèi)立體卷鐵心變壓器制造商和國家節(jié)能政策的推動下，國網(wǎng)和南網(wǎng)已經(jīng)開始采購立體卷鐵心變壓器并形成一定規(guī)模。與非晶合金變壓器一樣，目前國內(nèi)立體卷鐵心變壓器基本以油浸變壓器為主。以廣東海鴻為例，2011年該公司整體銷售額約8億元，干變約2億元，其中干變最大容量已做到4 000 kVA，油變最大容量已做到12 500 kVA，電壓等級最高為35 kV。日前，海鴻公司正致力于高電壓大容量立體卷鐵心變壓器和非晶合金立體卷鐵芯變壓器的研發(fā)，已取得初步結(jié)果。此外，國內(nèi)生產(chǎn)立體卷鐵心干式變壓器已取得節(jié)能認證的廠家有江西大族電源科技有限公司、浙江金三角、株洲變壓器廠、常德市天馬電氣成套設(shè)備有限公司等。北京新華都在整體收購了上海寶濤后，主要從事立體卷鐵芯產(chǎn)品制造設(shè)備、油浸式和干式立體卷鐵芯變壓器的生產(chǎn)和銷售，且在一般配電變壓器的基礎(chǔ)上研發(fā)了立體卷鐵芯變頻變壓器。

2 立體卷鐵心的特點

立體卷鐵芯是一種卷繞式鐵芯，整個鐵心由三個完全相同的單框拼合而成。拼合后鐵芯的三個芯柱呈等邊三角形立體排布，每個單框是由若干根梯形料帶依次連續(xù)卷繞而成，卷繞后的單框橫截面接近半圓形，拼合后的橫截面呈接近圓形的準多邊形。與疊鐵心相比，卷鐵芯具有以下幾個優(yōu)點：第一，硅鋼縱剪時通過套裁幾乎可以做到100%利用，邊角余料較少。第二，硅鋼片卷繞可以繞得較緊且無接縫，鐵芯填充系數(shù)高，磁阻小。第三，連續(xù)卷繞可以保證硅鋼導(dǎo)磁方向與實際磁通方向一致。第四，立體卷鐵心三相磁路長度一致，可以做到三相磁路完全平衡。

但立體卷鐵心設(shè)計和工藝處理也有幾個弱點：第一，立體卷鐵心鐵軛面積只有芯柱面積的一半，但鐵軛磁通是心柱磁通的0.57735 倍，所以鐵軛磁密是心柱磁密的1.1547 倍。為保證變壓器的空載特性和噪聲水平，心柱磁密不宜取得過高。第二，立體卷鐵心在卷繞結(jié)束后須退火處理，退火工藝至關(guān)重要，但不同鐵芯又不盡相同，掌握較難，需要配置專用的退火設(shè)備。第三，立體卷鐵心由于鐵芯無法打開(海鴻已經(jīng)做過實驗，打開后噪聲較大，空載特性變壞)，所以線圈只能帶著鐵芯繞制，澆注，固化。線圈繞制需要專用繞線設(shè)備，變壓器轉(zhuǎn)序重量較大。第四，繞線時需要考慮繞線齒輪空間，鐵軛與線圈的距離要增加，且澆注變需要考慮模具裝拆空間。第五，變壓器制造完成后線圈無法拆卸(尤其是澆注線圈)，變壓器可修理性差。

立體卷鐵心樹脂澆注變壓器與疊鐵心樹脂澆注干式變壓器比較，主要優(yōu)點是成本較低，空載特性較好，但其也有若干缺點：第一，立體卷鐵心樹脂澆注變壓器高度較高，但現(xiàn)有低壓開關(guān)柜的高度一般固定在2 200 mm，變壓器太高會導(dǎo)致與低壓柜并柜時高度不一致。變壓器高度過高還會導(dǎo)致配電室吊高不足，給電氣設(shè)備安裝和拆卸帶來困難。第二，變壓器柜深度方向加大。由于變壓器柜一般都比低壓柜深度大，立體卷鐵心變壓器進一步拉大了兩者的差距，配電室設(shè)計較難布置，空間利用率低。第三，立體卷鐵心生產(chǎn)廠對該產(chǎn)品的市場推廣力度不大，要獲取市場認可還要付出一定的代價。

查閱有關(guān)資料得出如下數(shù)據(jù)：立體卷鐵心填充系數(shù)可達到0.95～0.96，比疊鐵心大約大3.5%～5%，鐵芯利用率大約比疊鐵心高4%，退火后工藝系數(shù)大約可減少15%，故硅鋼重量大約可節(jié)省10%，繞線需要增加線圈與鐵軛間的距離，會造成硅鋼用量大約增加5%。綜合以上因素，達到同樣的空載特性硅鋼重量理論上可節(jié)省12%左右。如果立體卷鐵心硅鋼用量與疊鐵心相同，則空載特性可改善10%左右。但必須說明的是，立體卷鐵心由于需要退火，考慮退火工藝的穩(wěn)定性，也會使鐵芯成本增加。

3 立體卷鐵心樹脂澆注干式變壓器生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)

立體卷鐵心變壓器與普通疊鐵心變壓器相比，主要區(qū)別是鐵心在卷繞后須退火，同時鐵心成品無法打開，繞線及澆注固化時必須帶鐵心操作?？偨Y(jié)分析，立體卷鐵心變壓器研發(fā)生產(chǎn)的主要難點有：

第一，立體卷鐵心的退火工藝。由于鐵心結(jié)構(gòu)尺寸不同，退火工藝也不同，即使技術(shù)引進包含這些內(nèi)容，也需要我公司根據(jù)實際情況形成自己的退火工藝。第二，線圈DFSDF須在鐵心上繞制，如果高低壓分開繞則線圈固定和模具裝卸較困難，海鴻在技術(shù)轉(zhuǎn)讓時會有償轉(zhuǎn)讓模具技術(shù)，關(guān)鍵是如何提高操作效率及操作時的有效防護。如果線圈一體繞制則需要開發(fā)新的繞線設(shè)備。采用開口式的立體卷鐵芯可以解決上述問題，但經(jīng)過海鴻公司的嘗試證實其生產(chǎn)效率不但沒有提升，反而導(dǎo)致產(chǎn)品的性能大幅惡化。第三，澆注時三個線圈同時澆注，由于不允許切端和大機械加工，變壓器最后整理和清理較困難。第四，產(chǎn)品一旦出現(xiàn)故障，由于樹脂澆注線圈無法拆解，整臺變壓器可能報廢。

4 結(jié)語

立體卷鐵心變壓器生產(chǎn)與我公司現(xiàn)在生產(chǎn)的疊鐵心變壓器，除繞線及澆注有一定的相同處外，公司還需要引進全套技術(shù)并提供獨立的生產(chǎn)作業(yè)場地。從技術(shù)難度看，主要是工藝及工裝設(shè)備保證問題，從設(shè)計上只要工藝系數(shù)確定，設(shè)計難度并不大。從市場來看，立體卷鐵心還沒有成為配電變壓器的主流產(chǎn)品。隨著非晶合金變壓器材料問題的逐步解決，其已成為節(jié)能變壓器的主力軍，如果非晶合金變壓器能解決變壓器的體積、鐵芯磁特性和動穩(wěn)定問題，這種變壓器也將有良好的市場前景。而立體卷鐵芯變壓器雖然在一定容量段存在價格和性能優(yōu)勢，但其工藝及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、生產(chǎn)效率低、技術(shù)的牽制性和公司目前廠房及設(shè)備狀況均制約著項目的實施。

[1] 路長柏.干式電力變壓器理論與計算[M].沈陽：遼寧科技技術(shù)出版社，2003.

[2] 李洪偉.探討干式變壓器相關(guān)的幾個問題[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015，(05)：157-158.

[3] 陶新.淺談干式變壓器的特點及應(yīng)用[J].西部廣播電視，2014，(02)：115-116.

[4] 劉標胤.試析干式變壓器的運行管理和維護方法[J].科技與創(chuàng)新，2014，(10)：139-140.

Brief introduction of three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers

FENG Li-tao

(Tianjin TBEA Transformer Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper briefly introduces the development of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers, compares the advantages and disadvantages of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers and the stacked core resin pouring dry-type transformers, and analyzes the key links of production.

Roll core; Resin pouring dry-type transformer; Characteristic; Production

2016-10-19

馮立濤(1972-)，男，本科，助理工程師。

TM421

A

1674-8646(2017)02-0146-02