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非晶合金铁心变压器五种制作方法

变压器技术 2019-01-16 05:28:33

摘 要: 介绍了非晶合金铁心变压器的5种铁心结构方案。 针对该变压器设计中的问题提出了解决方案,并对其进行了价格评估。    


1、序言     


2.1 叠环式卷铁心    


先用带材卷成不同尺寸的环,然后将这些环叠成铁心,并使得铁心柱的截面接近圆形,见图1。

这种结构曾在大型壳式变压器中使用。从经济角度出发,一般每个框宜采用5-9个环,填充系数在84%-90%之间,绕组通过分裂圆筒直接绕制在铁心上。    


叠环式卷铁心的优点是铁心性能优良,在绕组绕制和组装等过程中铁心受力很小,其强度也很高;缺点是为防止铁心受力,铁心和绕组的夹紧结构复杂。     


2.2、单环式卷铁心

2.3 气隙分布式卷铁心     


先把带材卷成圆环,然后压扁,再进行切割整理,使接缝形成阶梯形分布。铁心退火后,把接缝处分开,装入矩形绕组后,将铁心重新恢复成原样。铁心外观与接缝形式见图3

气隙分布式卷铁心的性能比前面两种差,这是由于铁心接缝的分开和重新恢复所造成的。另外,铁心切割时,需使用专用的切割设备。

2.4 搭接式卷铁心     


同“气隙分布式卷铁心”类似,区别在于它们的接缝形式。    


气隙分布式卷铁心在接缝处片与片之间两端对齐(参见图3),而搭接式有额外的搭接长度,上下重叠。     


直接缝铁心叠积图如图5所示。

表1为上述5种铁心结构的对照表。从表1中可看出,在目前采用搭接式卷铁心是一种兼顾各类因素的合理选择。     


3、非晶变压器设计中的一些问题     


3.2 标称磁通密度的确定     


四框五柱式卷铁心在励磁时,磁通流经4个铁心框,有不对称分布现象存在。


这使某些局部磁通由于受不对称分布产生的高次谐波叠加的影响而发生畸变,从而引起局部磁感应超饱和,导致损耗迅速上升。因此,设计时,标称磁通密度不宜定得过高。


3.3、工艺系数



变压器制造过程中,4个铁心框在与绕组装配时,需经历打开接缝、套装绕组及再连接接缝等一系列使铁心受力的操作,从而造成装配后损耗比裸铁心时有所增加。设计时,应考虑这个增加值,理论上用工艺系数来表示。


它同铁心与绕组的组合方式以及操作工人的经验和技能等诸多因素有关,一般取值范围应在1.08~1.15之间。    


3.4、铁心受力   


 铁心中产生的应力分静态和动态两种。静态应力一部分来自于铁心自重,另一部分是在装配时产生的。动态应力则来自于变压器的短路电动力。     


非晶合金铁心的损耗与合金带表面压力相关度很大,损耗会随着压力的增大而迅速上升。因此,应选择合理的装配结构,使铁心表面压力维持在低于某一允许值。     


3.5、噪声     


变压器的噪声源于变压器铁心在交变磁通下磁致伸缩而引起的振动。决定噪声高低的主要因素是铁心中的磁通密度和铁心的夹紧程度。


由于非晶合金的磁致伸缩程度比硅钢片高约10%,而且非晶合金铁心不适宜过度夹紧,因此,非晶变压器的噪声将高于硅钢片变压器。    


欧洲的电力部门曾做过两类变压器的噪声比较试验,结果显示,非晶变压器的声级比同类规格的硅钢片变压器高6-8dB。当然,这是可以接受的,因为它仍在欧洲环境规程对噪声的要求之内。     


这意味着,尽管非晶变压器的噪声较高,但它高得并不多,不至于影响环境,也不会超过相关环境标准中的要求值。


4、非晶变压器的价格评估     


非晶变压器的价格十分令人关心,因为它是这门新技术能否被广泛采用的前提。    


使用非晶变压器的首次投资额较高,吸引用户购买的关键因素是它的超低损耗特性,它能使用户的长期支出下降。


有些地区的电价较高,用户从长远支出考虑,会购买非晶变压器。某些地区的电力部门假如正打算新建电厂来增加电能供应,他们会发现通过使用超低损耗的非晶变压器来降低线路损耗或许会比建设新厂更有效益。  

  

从1981年起,国外出现了变压器损耗评估的概念,并将其用于变压器招标采购过程中。对产品的价格和性能进行综合评估,目的是获取最大的使用效益。目前这种评估方法已被广泛采用。     


1台变压器一定寿命期的总使用成本称为TOC(Total Owning Cost),它由下式计算: 

式中 C—变压器的售价,元—变压器的空载损耗,W  —变压器的负载损耗,W —空载损耗的投资系数,元/W —负载损耗的投资系数,元/W ?  


从上式可知, 值越大, 的降低对TOC的降低所起的 作用越大。


现以国内市场400kVA的变压器为例,分别计算损耗水平为S9的常规变压器和非晶变压器的TOC值,作一比较(两者的负载损耗定为一致)。    


容量:400kVA。    


损耗指标:对S9常规变压器,空载损耗800W,负载损耗4,300W:对非晶变压器,空载损耗170W,负载损耗4,300W。


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