非晶合金立體卷鐵芯變壓器技術(shù)特性淺析

龍麗瓊 劉長英

（海鴻電氣有限公司，廣東江門529339）

0 引言

在國家節(jié)能環(huán)保的政策支持下，非晶合金變壓器在配電領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。隨著技術(shù)水平的不斷提升，配電領(lǐng)域的新秀——非晶合金立體卷鐵芯變壓器技術(shù)得到了飛速發(fā)展，目前有兩類產(chǎn)品，一是閉口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器，二是開口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器。近年來，非晶合金立體卷鐵芯變壓器備受關(guān)注，也有一些公眾平臺發(fā)表了相關(guān)文章，市場上也希望更加深入地了解這種變壓器。

我公司作為閉口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的首創(chuàng)者，是目前最大的非晶合金立體卷鐵芯變壓器生產(chǎn)廠家，也是在世界范圍內(nèi)推動立體卷鐵芯技術(shù)發(fā)展的主要廠家之一，擁有超過10年的硅鋼立體卷鐵芯變壓器生產(chǎn)歷史，目前具備110 kV及以下電壓等級的立體卷鐵芯技術(shù)。

本文將根據(jù)參加2017年德國漢諾威電工博覽會的資料、自身的制造經(jīng)驗(yàn)以及數(shù)萬臺產(chǎn)品的運(yùn)行實(shí)踐，來談?wù)勯]口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的特性，以及它和非晶合金平面卷鐵芯變壓器的區(qū)別。

談到立體卷鐵芯，相關(guān)人士一般都會了解硅鋼立體卷鐵芯變壓器和硅鋼平面鐵芯變壓器的差別[1]。立體卷鐵芯以其完美的結(jié)構(gòu)給變壓器帶來了一系列優(yōu)勢，是傳統(tǒng)平面鐵芯變壓器難以比擬的，現(xiàn)在國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)的招標(biāo)中一般都會注明優(yōu)選卷鐵芯。但非晶合金立體卷鐵芯變壓器與非晶合金平面卷鐵芯變壓器的區(qū)別卻和硅鋼立體卷鐵芯變壓器與硅鋼平面鐵芯變壓器的區(qū)別不盡相同。

1 非晶合金立體卷鐵芯變壓器特點(diǎn)分析

非晶合金立體卷鐵芯變壓器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.1 鐵芯強(qiáng)度高

如圖1所示，非晶合金立體卷鐵芯采用三個單框組成，每個單框由非晶帶材連續(xù)卷繞而成，非晶帶材之間卷繞緊密，閉口結(jié)構(gòu)，不存在搭接和搭接氣隙。鐵芯采用整體固化技術(shù)，固化后，鐵芯形成一個完整的剛體，強(qiáng)度高，在生產(chǎn)過程中鐵芯不需要再打開裝配，幾乎不產(chǎn)生碎片。

相對來說，非晶合金平面卷鐵芯，無論是三框三柱還是四框五柱的鐵芯，每個鐵芯框都需要打開裝配線圈，再將鐵芯搭接，并用環(huán)氧膠將其粘好。這個過程中肯定會產(chǎn)生碎片，產(chǎn)品質(zhì)量對于鐵芯搭接的工藝要求十分高。否則，運(yùn)輸和運(yùn)行都有可能因振動使得搭接處產(chǎn)生更多的碎片。單框的非晶合金平面卷鐵芯如圖2所示。

因而，從產(chǎn)品穩(wěn)定性的角度來看，閉口式非晶合金立體卷鐵芯強(qiáng)度高這個優(yōu)點(diǎn)是比較明顯的。

圖1 非晶合金立體卷鐵芯

圖2 非晶合金平面卷鐵芯

1.2 線圈為圓形，抗短路能力強(qiáng)

近幾年，電網(wǎng)公司對非晶合金變壓器的短路試驗(yàn)考核嚴(yán)格程度為歷史之最，實(shí)際抽檢情況并不理想，變壓器是否能通過短路試驗(yàn)成為困擾制造商的首要難題，而抗短路能力強(qiáng)正是非晶合金立體卷鐵芯變壓器的最大優(yōu)點(diǎn)之一。之所以具有抗短路能力強(qiáng)的特征，是因?yàn)榉蔷Ш辖鹆Ⅲw卷鐵芯的芯柱、高低壓線圈均為圓形。圓形線圈的受力如圖3所示，受力非常均勻，對突發(fā)短路產(chǎn)生的幅向力有很強(qiáng)的耐受能力。非晶合金平面卷鐵芯變壓器的線圈為矩形，矩形線圈的受力如圖4所示，矩形結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致受力不均勻，受力線圈容易變形。因而機(jī)械強(qiáng)度高可以認(rèn)為是圓形線圈變壓器相比較于矩形線圈變壓器的明顯優(yōu)勢。

圖3 圓形線圈受力簡圖

圖4 矩形線圈受力簡圖

值得注意的是，GB 1094.5—2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》中4.2.7.4條對兩種變壓器短路試驗(yàn)后阻抗變化規(guī)定是不相同的，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定圓形箔繞線圈的變壓器阻抗變化不大于4%，矩形線圈的變壓器阻抗變化不大于7.5%。換而言之，同樣性能要求的產(chǎn)品，立體卷鐵芯變壓器是按照更嚴(yán)格的短路試驗(yàn)要求來執(zhí)行的。而標(biāo)準(zhǔn)之所以將矩形線圈的變壓器短路阻抗變化定為7.5%，是考慮到矩形線圈在短路力中易出現(xiàn)較大變形量。

1.3 線圈為圓形，溫升均勻

關(guān)于非晶合金變壓器溫升的計(jì)算，可采用三維溫度場和二維溫度場相結(jié)合進(jìn)行。平面非晶合金變壓器因其線圈為矩形結(jié)構(gòu)，兩相之間經(jīng)常不設(shè)計(jì)氣道或油道，使得相間溫度、局部熱點(diǎn)溫度存在過高風(fēng)險[2]。非晶合金立體卷鐵芯變壓器的三相線圈均為圓形，且呈立體三角形布置，所有的散熱氣道或油道沿圓周均勻布置，從結(jié)構(gòu)上杜絕了局部熱點(diǎn)過高的情況，對于變壓器長期穩(wěn)定運(yùn)行起著非常重要的作用。而設(shè)計(jì)矩形線圈時，為了節(jié)約產(chǎn)品材料用量，降低成本，行業(yè)內(nèi)默認(rèn)，相與相之間不設(shè)計(jì)油道，油道設(shè)置在鐵芯窗以外的兩端，這樣會造成線圈熱點(diǎn)不均勻的隱患。

1.4 三相完全對稱，三相平衡

非晶合金立體卷鐵芯磁通分布及各相磁回路磁通相量情況如圖5所示，可見三相磁路長度一致，三相完全對稱平衡，變壓器在運(yùn)行時輸出三相平衡電壓。

圖5 非晶合金立體卷鐵芯磁通分布及各相磁回路磁通相量圖

1.5 無氣隙，噪音低

非晶合金立體卷鐵芯是由非晶帶材連續(xù)卷繞而成的閉口無接縫結(jié)構(gòu)，鐵芯勵磁時，其磁阻小，磁路連貫。此結(jié)構(gòu)完全避免了非晶合金平面卷鐵芯因鐵芯接口搭接，使得磁路增大而帶來的噪音增大問題，最大限度地減少了變壓器運(yùn)行時的噪音。

1.6 體積小，漏磁小

非晶合金立體卷鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，同等性能條件下，其電磁輻射僅為非晶合金平面卷鐵芯變壓器的一半，更適合在城市和農(nóng)村建設(shè)中使用。

1.7 節(jié)能

油浸式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃于2017年年底發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)中空載電流比現(xiàn)有平面非晶合金變壓器下降約50%，充分體現(xiàn)了該結(jié)構(gòu)的節(jié)能特性。