董丹 王斌

(1.國網(wǎng)盤錦供電公司客戶服務(wù)中心計量室,遼寧盤錦 124010;2.國網(wǎng)盤錦供電公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所,遼寧盤錦 124010)

現(xiàn)階段三相變壓器鐵心結(jié)構(gòu)形式及發(fā)展趨勢探析

董丹1王斌2

(1.國網(wǎng)盤錦供電公司客戶服務(wù)中心計量室,遼寧盤錦 124010;2.國網(wǎng)盤錦供電公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究所,遼寧盤錦 124010)

節(jié)約能源及對環(huán)保節(jié)能產(chǎn)品的使用是我國在資源利用上的基本國策。自上個世紀(jì)八十年代初開始，晶粒取向優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片鐵心材料將熱軋硅鋼片所取代，較高能耗變壓器及高能耗變壓器被VII型系列低損耗變壓器所代替。發(fā)展至九十年代末期冷軋硅鋼片材料的性能不斷的提升，VII型系也被視為高能耗產(chǎn)品，被IX型系列產(chǎn)品所代替。發(fā)展至今，卷鐵心非晶合金鐵芯變壓器成為了廣泛應(yīng)用的產(chǎn)品，本文對三相變壓器鐵心結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了分析，并對發(fā)展前景進(jìn)行了探析。

變壓器 鐵心 結(jié)構(gòu) 發(fā)展趨勢

1 中小型三相變壓器鐵心的結(jié)構(gòu)形式

從三相鐵心柱的布局方式出發(fā)，能夠?qū)⑷嘧儔浩麒F心劃分成為平面布置型及立體布置型兩種。平面布置型的鐵心中，三相鐵心柱同鐵軛設(shè)置在一個平面之中；立體布置型鐵心之中，鐵軛基本上是呈現(xiàn)為三角形，三相鐵心柱則是呈對稱立體的方式進(jìn)行布局。

從鐵心制造的工藝特點出發(fā)，變壓器的鐵心可以劃分為疊片式及卷鐵心。疊片式鐵心通常是平面設(shè)置的芯式結(jié)構(gòu)，而卷鐵芯則有平面布置型及立體布置型兩種。

2 結(jié)構(gòu)簡述及分析

2.1 平面布置型

(1)疊片式鐵心。疊片式鐵心基本上為平面布置型，又劃分為殼式及心式(見表1)。其中，帶旁軛式結(jié)構(gòu)殼式鐵心僅僅是在一部分特種變電器中使用。而心式鐵心的變電器則能夠應(yīng)用于各種類型變電器之中。心式鐵心通常應(yīng)用于三相三柱式的結(jié)構(gòu)之中，因為這種鐵心具有其特有的優(yōu)勢，故此被廣泛的應(yīng)用于各類變壓器中。在大型的變電器中，為使鐵心可以達(dá)到高度的要求，通常采用的是三相五柱式的的結(jié)構(gòu)。迄今為止，組合式的變壓器之中為能夠達(dá)到高度的要求，鐵心還是應(yīng)用三相五柱式的結(jié)構(gòu)，并且為了達(dá)到組合式變頻器結(jié)構(gòu)的緊湊要求，對鐵心截面及繞組的設(shè)置均呈矩形。依組合式變壓器對于斷電的需求而考慮，對帶旁軛式結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的利用，例如三相四柱式的鐵心結(jié)構(gòu)就是如此。在某一相斷相的故障中第四柱起到了閉合磁路的作用，對其他兩個健全相可以正常作業(yè)供電起到保護(hù)作用，將故障造成的損失降到了最低。

(2)卷鐵心。電子變壓器是最早對卷鐵心進(jìn)行利用的，尤其是在單項變壓器中最為合適。利用晶粒取向硅鋼帶卷制作而成的單項卷鐵心結(jié)構(gòu)可以保證規(guī)定取向的方向同磁通流通的方向一致，進(jìn)而將材料具有的優(yōu)良特性盡最大可能發(fā)揮。不得不說明的是：連續(xù)式卷鐵心是由硅鋼帶不出現(xiàn)間歇持續(xù)卷制形成，在片形上不存在接縫，但是磁通閉環(huán)回路中還有氣隙。把卷鐵心技術(shù)應(yīng)用于三相變壓器中就能夠制成平面布置型三相三柱式鐵心。其擁有兩個完全一樣的內(nèi)框及一個外框。因為其任何一個心柱均由兩個不同的框柱所構(gòu)成，于高磁密之下，磁通于不同的框柱間進(jìn)行穿越時，此時的磁通回路性能就較差。故此，此類型的卷鐵心在結(jié)構(gòu)上有一定的不足。

2.2 立體布置型

在應(yīng)用的初期漸開線式鐵心作為立體布置型三相三柱式結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)勢可以節(jié)約硅鋼片，但是因為此結(jié)構(gòu)的鐵心柱及鐵軛銜接處的氣隙過大，造成氣流的空載及產(chǎn)生的噪音過大，故此，此類型的變壓器被淘汰。從節(jié)約的角度出發(fā)，此種類型的鐵軛是立體布置型三相三柱式鐵心構(gòu)架為三相變壓器鐵心設(shè)計比較合理的架構(gòu)。然而，此理想架構(gòu)極難同鐵心的制造工藝具有的特點緊密結(jié)合，對鐵心磁通進(jìn)行回路時的性能無法保證。

3 三相變壓器鐵心結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢

3.1 常用結(jié)構(gòu)

當(dāng)下應(yīng)用范圍最廣并且構(gòu)架最為合理的是平面布置式三相三柱疊片心式鐵心。

3.2 指定需求結(jié)構(gòu)

(1)針對部分特種變壓器而言，通常運(yùn)用平面布置型疊片殼式鐵心結(jié)構(gòu)。

(2)針對大型的變壓器而言，為了能夠達(dá)到鐵心要求的高度，通常對平面布置型三相五柱疊片心式鐵心進(jìn)行充分利用。

(3)針對組合式變壓器而言，為達(dá)到鐵心高度降低的目的，亦或是達(dá)到斷電保護(hù)的要求，可以對帶旁軛式心式鐵心結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分利用，其中也包括三相五柱式及三相四柱式。可是考慮到旁軛對于鐵心性能上的作用，繞組接連必須要運(yùn)用三角形聯(lián)結(jié)的形式，以達(dá)到補(bǔ)償?shù)哪康?，而且還能夠提升變壓器防雷的性能及帶單項負(fù)載能力。

(4)對于常規(guī)的取向硅鋼片而言，若退火工藝能夠?qū)Σ牧系恼w性能有相應(yīng)的提升，并且能夠?qū)θ嗑龛F心架構(gòu)的不足進(jìn)行修補(bǔ)。所以，為了最大程度上發(fā)揮卷鐵心先進(jìn)的制造工藝，可以利用常規(guī)的取向硅鋼片來進(jìn)行鐵心的卷制工作。

(5)對于非晶合金材料而言，因為其特性決定其在受力的情況下材料的穩(wěn)定性能收到影響，所以，針對其特性要對該類型鐵心進(jìn)行受力方面的防護(hù)。其不適合制作成為疊片式鐵心，但是卻可以制作成為三相四框式的卷鐵心架構(gòu)，對鐵心的柱截面進(jìn)行適當(dāng)?shù)募哟螅隳軌驅(qū)θ噼F卷心架構(gòu)的不足進(jìn)行修補(bǔ)。

4 結(jié)語

立體布置型的三相三柱式鐵心架構(gòu)框架可以說是三相變壓器中鐵心最為合理的結(jié)構(gòu)框架。此類的鐵心唯有通過對鐵心工藝進(jìn)行改良及創(chuàng)新，來完成這一最合理結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)，其中需要對鐵心磁通的回路進(jìn)行保障，立體結(jié)構(gòu)才能實現(xiàn)大規(guī)模的推廣應(yīng)用。對于三相卷鐵心而言，結(jié)構(gòu)的缺陷一直存在，在結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展上很大程度上落后于三相疊片式鐵心，還要進(jìn)行深入的探索。無論對于何種三相變壓器鐵心而言，其結(jié)構(gòu)上的合理可以推進(jìn)變壓器的改良，進(jìn)而推動我國電力事業(yè)的發(fā)展。

[1]張艷麗,劉洋,謝德馨,白保東,宋承志,張偉.一種考慮硅鋼片旋轉(zhuǎn)損耗的三相變壓器鐵心損耗簡化計算方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2013(18).

[2]李金輝,李潔,閆興中.大型變壓器三相五柱鐵心的分析[J].電氣制造,2009(03).

[3]任小宇.基于光纖F-P傳感器的變壓器鐵心振動信號測試研究[J].儀器科學(xué)與技術(shù),2010(08).

[4]劉永紅.三相變壓器電勢波形的影響因素[J].科技資訊,2009(01).

董丹(出生于1978年),性別：女,民族：漢族,籍貫(遼寧省盤錦)，現(xiàn)供職單位：國網(wǎng)盤錦供電公司客戶服務(wù)中心計量室，職稱：工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科,研究方向：電氣工程自動化。