淺談110kV立體卷鐵心電力變壓器

鄭玲

摘 要：本文中筆者介紹了110kV電力變壓器的基本情況及現(xiàn)狀，重點(diǎn)通過對(duì)比的方式，講述了110kV電壓等級(jí)的立體卷鐵心變壓器和傳統(tǒng)平面疊片鐵心變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)了110kV立體卷鐵心電力變壓器產(chǎn)品技術(shù)及工藝亮點(diǎn)，通過對(duì)110kV立體卷鐵心電力變壓器的描述，向讀者推介一種新型節(jié)能型110kV立體卷鐵心電力變壓器。

關(guān)鍵詞：110V 立體卷鐵心 變壓器

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2019）04（c）-0074-02

1 基本情況

110kV電壓等級(jí)的電力變壓器，主要用于將輸電網(wǎng)絡(luò)電壓降到所需要的10kV或35kV，然后與10kV及35kV的電網(wǎng)相聯(lián)，也可作為發(fā)電機(jī)組升壓變壓器使用，110kV級(jí)變壓器有油浸自冷、油浸風(fēng)冷、三圈雙圈、有載調(diào)壓、無勵(lì)磁調(diào)壓等規(guī)格品種。110kV變壓器電壓等級(jí)較高，對(duì)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)設(shè)備的要求很高，我國(guó)具備該產(chǎn)品生產(chǎn)能力的國(guó)內(nèi)企業(yè)數(shù)在100家左右，但能將鐵心做成立體卷鐵心結(jié)構(gòu)的，僅有海鴻電氣有限公司一家。

2 110kV立體卷鐵心電力變壓器與傳統(tǒng)平面疊鐵心電力變壓器對(duì)比

2.1 節(jié)能

立體卷鐵心特點(diǎn)：鐵心連續(xù)地卷繞而成；采用完全退火工藝，立體卷鐵心工藝系數(shù)可以達(dá)到1.01～1.05，而疊鐵心工藝系數(shù)為1.05～1.15。

立體卷鐵心重量由于結(jié)構(gòu)和工藝改良，比疊鐵芯約減少22%。

立體卷鐵心可采用厚度更薄的優(yōu)質(zhì)鐵心材料，在選材上具有更廣的提升空間。

立體卷鐵心三相磁路無接縫，磁力線與鐵心材料易磁化方向完全一致，通過退火工藝，可恢復(fù)硅鋼磁性能。而傳統(tǒng)平面疊片鐵心，磁路中接縫形成的空氣隙加大了磁阻，鐵心角部?jī)?nèi)磁力線與鐵心材料易磁化方向存在夾角。

2.2 節(jié)材

立體卷鐵心截面填充系數(shù)高達(dá)0.97～0.985。

傳統(tǒng)疊片鐵心截面填充系數(shù)一般在0.89～0.925，有效面積相同情況下，立體卷鐵心心柱直徑小，從而減少線圈導(dǎo)線長(zhǎng)度，平均節(jié)約繞組線材約10%。同時(shí)也可以降低負(fù)載損耗。

2.3 環(huán)保

立體卷鐵心鐵心之間無接縫，磁力線與材料易磁化方向完全一致，且鐵心為自穩(wěn)結(jié)構(gòu)，無需夾緊。因此噪音可比疊鐵心變壓器降低10～25分貝。而傳統(tǒng)疊片鐵心采取沖裁、疊片、拆、插鐵軛等工序，受毛刺、接縫處理等工藝水平影響，需夾緊成型，鐵心的磁致伸縮現(xiàn)象因夾緊不均勻?qū)е略肼曉龃蟆?/p>

立體卷鐵心結(jié)構(gòu)可大大降低變壓器周圍的雜散磁場(chǎng)?？臻g漏磁小，僅為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)變壓器的一半，減少周邊電場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度。

2.4 安全可靠

立體卷鐵心三個(gè)心柱的磁路長(zhǎng)度一致，且最短，具有三相平衡的優(yōu)點(diǎn)，平面疊鐵芯A-C磁路比A-B、B-C的磁路長(zhǎng)。

立體卷鐵心，鐵心是連續(xù)地卷繞而成，鐵心堅(jiān)固，且三相受力均勻?qū)ΨQ，夾件為三角形焊接成一體的框架結(jié)構(gòu)，整體強(qiáng)度高，三相線圈壓緊情況一致，采用套繞工藝，線圈間無多余間隙，更加緊湊，所以抗短路能力強(qiáng)。

而平面疊鐵心，鐵心由不同規(guī)格、不同形狀的單片疊置而成，片與片之間沒有可靠連接，尤其上鐵軛在生產(chǎn)過程中經(jīng)過拆插，當(dāng)變壓器受到?jīng)_擊時(shí)，上鐵軛容易沖散。夾件為獨(dú)立的長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)件，整體穩(wěn)定性差；夾件跨度大，易變形，B相線圈壓緊情況較差。

110kV電力變壓器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的局放為100pC以內(nèi)，傳統(tǒng)110kV平面疊鐵心變壓器的局放在50～100pC，而110kV立體卷鐵心電力變壓器局放水平為50pC以內(nèi)。主要原因在于：鐵心用硅鋼帶材卷繞而成，鐵心沒有尖角，鐵心經(jīng)過高溫退火消除毛刺，合理的絕緣結(jié)構(gòu)和優(yōu)質(zhì)的原材料為產(chǎn)品提供保障。

2.5 工藝制造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高

立體卷鐵心用機(jī)器卷繞，精度高，效率高，制作周期短。立體卷鐵心線圈直接繞在鐵心上，線圈在繞制的過程中放置絕緣件，構(gòu)成一個(gè)整體，線圈不需要再重新套裝，直接一次成形，避免裝配過程中造成線圈損傷，提高線圈的可靠性。立體卷鐵心變壓器制作無需鐵心疊裝、器身裝配臺(tái)、線圈整形壓裝臺(tái)等設(shè)備，可大幅減少設(shè)備、場(chǎng)地和人員投入，生產(chǎn)流程更靈活流暢，減少投資成本。

疊鐵心用人工剪片、疊片，人員投入多，制作周期長(zhǎng)，精度控制難度大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低。疊鐵心線圈是單獨(dú)繞制，繞制完成后經(jīng)過壓裝，再拆卸鐵心上鐵軛，并放置相應(yīng)的絕緣件，再套裝線圈，容易造成線圈損傷和絕緣破壞。

3 110kV立體卷鐵心電力變壓器產(chǎn)品技術(shù)及工藝亮點(diǎn)

3.1 噪聲低

鐵心采用立體卷鐵心結(jié)構(gòu)，鐵心磁路沒有接縫，磁路方向和硅鋼材料高導(dǎo)磁方向一致。鐵心退火成型后，還要進(jìn)行固化工序，使鐵心成為一個(gè)堅(jiān)固的整體，減小鐵心的震動(dòng)，從而降低鐵心噪聲。關(guān)鍵部位加減震膠墊，減小器身與油箱的共振，從而減弱鐵心通過鐵心框架及油箱向外的噪聲傳遞，從而降低了鐵心噪聲。

3.2 抗短路能力強(qiáng)

高、低、調(diào)壓繞組采用連繞結(jié)構(gòu)，內(nèi)繞組直接在鐵心上開始繞制，每相各繞組間無需套裝間隙，這樣保證了每相各繞組間有極好的緊密度和同心度，使鐵心與各繞組形成一個(gè)堅(jiān)固的整體，極大提高繞組抗突發(fā)短路能力。鐵心框架采用三角形結(jié)構(gòu)，由于三角形結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，繞組壓緊均勻?qū)ΨQ，因此整體強(qiáng)度高，受力時(shí)不易變形，保證持續(xù)的支撐力。鐵心框架、拉板、壓釘?shù)冗x用高強(qiáng)度鋼板或不銹鋼板。

3.3 局放低

立體卷鐵心表面圓滑無尖角，電場(chǎng)均勻。使用優(yōu)質(zhì)高密絕緣材料和優(yōu)質(zhì)克拉瑪依環(huán)烷基油，提高絕緣結(jié)構(gòu)的耐電強(qiáng)度；嚴(yán)格把控導(dǎo)線品質(zhì)，避免銅導(dǎo)線多毛刺現(xiàn)象，從而有力控制因銅導(dǎo)線毛刺而引起的局部放電。所有油箱內(nèi)部的絕緣件和高電場(chǎng)區(qū)域內(nèi)的金屬件倒圓角結(jié)構(gòu)，避免電場(chǎng)集中。導(dǎo)線焊接過程中嚴(yán)控金屬粉塵混入產(chǎn)品或絕緣件中，所有的焊接處用金屬化皺紋紙屏蔽。產(chǎn)品進(jìn)行全真空注油，可以有效避免因氣泡產(chǎn)生的局放。

3.4 溫升低、壽命長(zhǎng)

繞組高度低，鐵心三角區(qū)形成煙囪原理，油流動(dòng)快，散熱效率高。三相繞組對(duì)稱分布，溫度分布均勻，熱點(diǎn)溫升低。在變壓器的繞組散熱方法中，在繞組中設(shè)置擋油紙圈，強(qiáng)迫變壓器油沿著指定的路線在繞組中流動(dòng)，可以最大限度的通過油的循環(huán)將繞組中的熱量散發(fā)出來。

3.5 變壓器無滲漏

箱蓋、箱壁、箱底選用優(yōu)質(zhì)寬幅鋼板，無拼接，下料時(shí)鋼板邊沿部分裁去，避免因夾渣導(dǎo)致滲漏。焊接結(jié)構(gòu)采用內(nèi)、外雙層焊和倒坡口焊接，同時(shí)對(duì)焊縫采用壓力試驗(yàn)等手段進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，保證無滲漏。保證連接法蘭的平整度和光潔度，法蘭密封面采用防滲漏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；密封墊裝配時(shí)嚴(yán)格控制密封件的壓縮度，確保彈性壽命。變壓器各組件出廠前已組裝完畢，并按相應(yīng)要求試漏，確保整個(gè)變壓器無任何滲漏。

3.6 變壓器免吊心安裝

器身與油箱采用剛性定位，器身上下完全固定在油箱內(nèi)，沒有移位的空間，器身能承受各種運(yùn)輸條件下的沖擊考驗(yàn)而不發(fā)生位移。器身上所有引線固定、附件固定都采用防松結(jié)構(gòu)，所有螺母都采用防松螺母或防松工藝，所有墊圈都采用止動(dòng)墊圈。

由此可見，110kV電壓等級(jí)立體卷鐵心電力變壓器技術(shù)先進(jìn)，產(chǎn)品節(jié)能優(yōu)勢(shì)明顯，空負(fù)載損耗低，空載電流低；環(huán)保特點(diǎn)突出，噪音低，周邊電場(chǎng)磁場(chǎng)強(qiáng)度低；安全可靠，抗短路能力強(qiáng)，局放低，溫升低；占地面積小，更符合高電壓電力變壓器在城市發(fā)展的需要、同時(shí)產(chǎn)品各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)更能滿足新能源領(lǐng)域及綜合能源需求。是一種新型節(jié)能型環(huán)保產(chǎn)品，符合國(guó)家綠色制造趨勢(shì)，值得大力推廣。

參考文獻(xiàn)

[1] 變壓器制造技術(shù)叢書編審委員會(huì).變壓器油箱制造工藝[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[2] 賀以燕.變壓器工程技術(shù)[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

[3] 路長(zhǎng)柏.電力變壓器絕緣技術(shù)[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，1997.