馬　驍　孟　波　吳玉坤（中國能建集團裝備有限公司，北京 100044）

干式非晶合金變壓器鐵心結構與性能分析

馬驍孟波吳玉坤
（中國能建集團裝備有限公司，北京 100044）

對于干式非晶合金變壓器而言，其鐵心結構與性能密切相關。性能高、空耗低的干式非晶合金變壓器不僅能耗低，還具有噪音小的優(yōu)勢。本文主要從占地面積、重量、磁通分布的角度來分析了干式非晶合金變壓器鐵心結構與性能，并通過實例分析來說明其在工業(yè)化生產中的應用價值。結果表明，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低，優(yōu)于三相五柱變壓器。

干式非晶合金變壓器鐵心結構性能

三相三柱式、三相五柱式是非晶合金變壓器鐵心兩種結構形式，本文主要是對比了這兩種鐵心的占地面積、重量、磁通分布，既介紹了其結構，又對比分析了他們的性能。

1　占地面積、重量比較

三相五柱式鐵心由四個鐵心組成，兩邊是兩個小鐵心，中間是大鐵心，共四個框，五個柱，所以三相五柱式鐵心又稱作四框五柱式鐵心，其結構如圖1所示。

圖3　三相五柱變壓器鐵心內磁通分布

在疊度方面，四個鐵心一樣。在窗寬方面，旁軛小鐵心略小。旁軛小鐵心窗寬

其中：d指的是鐵心疊厚；Mo指的是兩鐵心柱中心距；r指的是三相繞組相間距離。

三相三柱式鐵心由兩小、一大三框鐵心組成，大鐵心包著兩框小鐵心，共三個柱，其結構如圖2所示。在疊毒方面，三個鐵心一樣。

根據(jù)相同的原則對三相五柱式非晶合金變壓器、三相三柱式非晶合金變壓器進行電磁參數(shù)的計算。對于這兩種不同結構的鐵心，如果其性能相同，兩種鐵心的窗高、疊厚、窗寬、心柱截面積和帶材片寬等結構參數(shù)是一樣的，但其重量以及占地面積是不同的［1］。對圖1、圖2進行對比可知，三柱鐵心比五柱鐵心多了一上一下兩個鐵心疊度、少了將近一個Mo，因此五柱鐵心的占地面積更大［2］。同樣，經過計算，我們會發(fā)現(xiàn)，五柱鐵心的重量更大。那么，在鐵心截面相同時，由于鐵心重量增加，三相五柱非晶合金變形器的空載損耗能更大。

圖4　三相五柱變壓器鐵心內磁通的關系

圖5　三相三柱變壓器鐵心磁場分布

表1　實驗結果與產品的設計值、國家標準比較

2　磁場分布比較

三相五柱非晶合金變壓器鐵心的磁通分布如圖3所示。用等效正弦波分析，可得：ΦA+ΦB+ΦC=0，Φ1+ΦA+ΦB+ΦC+Φ4=0，經進一步運算可得：Φ1=-Φ4，這說明兩個邊柱之間的磁通方式是相反的、大小是相等的。

由圖4可知，Φ1+ΦA=Φ2；Φ2+ΦB=Φ3；ΦA+ΦB=ΦC；經進一步運算可得：Φ3-Φ1=ΦC。因為Φ1=-Φ4，所以Φ3+Φ4=ΦC。這說明磁通Φ1、Φ2、Φ3和磁通ΦA、ΦB、ΦC之前是相電壓與線電壓的關系。受到制作工藝以及鐵心材料的限制，鐵心鐵軛及旁柱截面不會超過心柱截面的 1/2［3］。在這種情況下，設鐵軛及旁柱與鐵心柱形成的是正弦磁通波，則前者的磁通是后者的1/［4］，這就導致三相五柱式非晶合金變壓器上、下鐵軛局部磁密過高。

在圖5中，左圖是B 相繞組電壓到達幅值時的磁力線分布，中圖是B 相繞組電壓過零時的磁力線分布，右圖是磁密的云圖分布。從中可以看出，三相三柱非晶合金變壓器鐵心鐵軛磁密過高現(xiàn)象只會出現(xiàn)在拐角處，且密度低于三相五柱非晶合金變壓器。實驗結果表明，三相五柱非晶合金變形器的空載噪音更大，也經再次證明其空載損耗更高（能量守恒，同樣的功效，噪音越大，能耗越高，因為噪音也會產生耗能）。

3　實例分析

某公司生產的干式非晶合金變壓器，其在型式試驗、聲級測定、例行試驗、短路承受能力試驗、局部放電測量中的各項參數(shù)和指標均達到了國家變壓器質量監(jiān)督檢驗中心的要求，樣品試驗合格。產品的設計值、標準值和試驗數(shù)據(jù)見表1。

該干式非晶合金變壓器掛網運行多年，據(jù)客戶反饋，其運行安全可靠、損耗小，噪音低，很好地滿足客戶的要求。

4　結論及建議

通過對占地面積、重量、磁場分布進行比較發(fā)現(xiàn)，本文發(fā)現(xiàn)，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低。實例分析也再次佐證了上述觀點，建議可適當多采用三相三柱變壓器。

［1］季愛暉，蔡定國，龍麗瓊，等.三相五柱式非晶合金變壓器磁路及其性能參數(shù)分析［J］.變壓器，2009，46（10）:14-17.

［2］謝毓城.電力變壓器手冊［M］.北京:機械工業(yè)出版社，2003.

［3］周賢土.非晶合金材料變壓器（上）［J］.變壓器，1996，33（10）:15-18.

［4］雷全賢.箔式繞組樹脂澆注干式變壓器的技術特點［J］ .變壓器，1997，34（9）:12-17.