《电力变压器》PPT课件

电力变压器 电力变压器 变压器是一种静止的电气设备 变压器利用电磁感应原理将一种电压等级的交流电变换成同频率的另一种电压等级的交流电 能变换电压 电流 阻抗 隔离电路 不变频率 变压器按用途分电力变压器 油浸式 干式 特种变压器 自耦式 电焊机 仪用互感器 电压互感器 电流互感器 变压器按冷却介质分油浸式和干式变压器二种 发电机受绝缘水平的限止 通常发电20KV以下 经升压到输电线路 以减少传输中电能损耗 按相数 单相 三相按结构 绕组 双绕组变压器 三绕组变压器 多绕组变压器 自耦变压器等按铁心结构分 心式变压器和壳式变压器 按调压方式分 无励磁调压变压器和有载调压变压器 按容量分 小型 中型 大型和特大型变压器 结构 电力变压器的结构 一 铁芯 1 铁芯结构是变压器的主磁路 又作为绕组的支撑骨架 铁心由铁心柱和铁轭两部分组成 铁心柱上装有绕组 铁轭是连接两个 铁芯是变压器的磁路部分 由铁芯柱和铁轭组成 铁芯结构分心式和壳式两种 其作用是使磁路闭合 一 铁芯 芯式的特点是铁轭靠着绕组的顶面和底面 但不包围绕组的侧面 结构简单 绕组布置和绝缘容易 广泛使用 壳式的特点是铁轭包围顶面和底面 还包围绕组的侧面 在电炉变压器中使用 卷铁芯在节能型变压器中使用2 铁芯材料 铁芯材料要求导磁性能好 铁损小 常采用硅钢片叠压而成 加工分冷轧和热轧两种 国产变压器均采用冷轧 铁芯厚度为0 35 0 30 0 27mm 铁芯损耗分涡流损耗和磁滞损耗 涡流损耗与电流的平方成正比 磁滞损耗与电压成正比 二 绕组 绕组是变压器的电路部分 起变换电压和传递电能作用 一般用绝缘纸包的铜线绕制而成 绕组根据工作磁场分布分同心式和交叠式大电流变压器采用交叠式 减少绝缘距离低压绕组靠近铁轭 绕组做成饼状交错叠放上下靠铁轭处为低压绕组 便于绕组与铁芯间的绝缘 常将低压绕组靠近芯柱 同心式内外放置 低压在内 中间留缝隙散热和绝缘 高压绕组匝数多 导线细 低压绕组匝数少 导线粗 低压绕组 高压绕组 三 绝缘 变压器内部主要绝缘材料有变压器油 绝缘纸板 电缆纸 皱纹纸等 四 分接开关 因为电源电压的波动 变压器均需进行电压调整一般在高压绕组中引出分接头 设置分接开关进行一部分绕组的切换以改变匝数比进行电压调节理由 高压绕组电流小 常套在外面施工方便 调压时一次侧与电网断开 二次与负载断开称为无励磁调压 一般用于配电变压器 其调压范围为 5 或 2 2 5 调压时一次侧与电网断开 二次侧带负载称为有载调压 五 油箱 油箱是油浸式变压器的外壳 变压器的器身即绕组和铁芯置于变压器油中 所以变压器内总是充满油 油的作用为冷却和绝缘 在检修时对小变压器 小于6300KVA 采用吊器身修理法 相应油箱称为吊器身式油箱对于大变压器 大于8000KVA 采用吊器箱检修 相应的变压器称为吊箱壳式油箱 六 冷却装置 变压器工作时绕组的温度最高 通过铁芯传递过油经外壳散热片向外界散热 小容量变压器 绕组产生热量少 无须增加附加散热装置 一般采用管状散热装置 稍大容量变压器 可在外壳加焊散热管 扩大散热面积 更大容量变压器 应安装冷却风扇 以增加冷却效果 在50000KVA及以上变压器 采用强迫油循环水冷却或强迫油循环风冷却器 两种冷却方法除冷却介质不同外 同样在循环油路增设一台潜油泵 七 储油柜 油枕 储油柜位于油箱上方 通过气体继电器 瓦斯继电器 与油箱连通 气体继电器的箭头安装时要指向油枕 不可反装 油枕的作用 保证油箱内总是充满油储油柜内油量应在油位计的1 4 3 4之间 油枕减小了油面与空气的接触面 减缓油老化 对全封闭变压器 则不需油箱 只装箱盖一油位管 八 安全气道 防爆管 安全气道装在箱盖上 其出口用玻璃防爆膜或防爆阀 压力释放阀 封住 当内部气压过大 气体继电器失灵时动作 九 吸湿器 变压器内外联接口 作用保证与空气相通但要过滤空气中的尘埃和水份 内装变色硅胶 氯化钙或氯化钴浸渍 变色为篮变白或透明变乳白色 气体继电器 十 气体继电器 位于油枕与油箱连接管之间 在内部发生绝缘击穿 相间短路 匝间短路 铁芯事故时会产生气体 当压强增大使继电器接通信号或跳闸回路 十一 高 低压绝缘套管 变压器内高 低压绕组引线经绝缘套管引到外部 绝缘套管由带电部位和绝缘部分组成 带电部分由导电杆 导电管 电缆或铜排组成绝缘部分分内绝缘和外绝缘外绝缘为瓷套管 内绝缘为变压器油 电力变压器的联接组 在三相变压器中 一次绕组的始端为 末端为 二次绕组的始端为 末端为 所谓变压器的联接组别 是指变压器一 二次绕组因采用不同联接方式而形成变压器一 二次侧对应的线电压之间的不同相位关系这里只介绍几种常用的联接组别 变压器 联接组图 所示为变压器 联接组 其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 和在零点 点 时时钟上的分针与时针的相互关系一样 图中的 表示 同名端 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 变压器 联接组图 所示为变压器 联接组 其一次线电压与对应的二次线电压之间的相位关系 在 点时时钟上的分针与时针的相互关系一样 采用 和 联接组的优 缺点比较 采用 联接组的变压器 其 次 为正整数 谐波励磁电流在其三角形接线中的一次绕组内形成环流的原因 因此比采用 联接组的变压器有利于抑制高次谐波电流 由于采用 联接组的变压器的零序阻抗比采用 联接组的变压器的小得多 导致二次侧单相接地短路电流相比较大得多 因此采用 联接组的变压器更有利于低压侧单相接地保护动作 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 由于采用 压器的中性线允许电流大得多 因此采用 联接组的变压器承受单相不平衡负荷的能力比采用 联接组的变压器大得多 由于采用 联接组的变压器一次绕组的绝缘强度要求比采用 联接组的变压器低 因此制造成本也低于采用 联接组的变压器 但在 系统中 当中性线电流不超过绕组额定电流的 时 可选用采用 联接组的变压器 变压器 联接组 图 所示为变压器 联接组 由图可知 联接组两侧线电压相位差 三个绕组接成三角形时 要特别注意绕组极性问题 如果有一个绕组的极性标错或接错 那么 在闭合三角形回路中 三相总电动势不为零 而是两倍的相电动势 必将在绕组内产生很大电流 造成严重事故 甚至烧毁变压器 这一点必须引起注意 图 变压器 联接组 一 二次绕组接线 一 二次电压相量 时钟表示 S11型节能型变压器 卷铁芯 S9型能耗型变压器 S11卷铁芯立式变压器 在国家节能减排政策的推动下 节能型变压器应用越来越广泛 正以燎原之势得到推广 变压器全年运行的能耗大小与变压器的铁心和绕组的结构形式及工艺技术密切相关 人们从没停止过对节能变压器的研发 从S7到S9 S11 到目前S13和SH15非晶合金变压器 性能不断提升 由于传统变压器的铁心采用平面结构及叠片工艺 存在着三相磁回路不平衡 局部磁通方向和硅钢片导磁方向不一致以及多处空气接缝等缺陷 制约了变压器能效水平的提升 在节能技术提升方面难以突破 目前 国内外大多数变压器生产厂家是通过选购优质的晶粒取向冷轧硅钢片 增加铁心叠片厚度 增加铜线用量或使用高价进口材料等方式来达到降低变压器损耗 但资源紧缺是世界性的问题 原材料涨价是电力设备行业近几年面临的难题之一 增加材料等于增加一次能源消耗 这种靠多消耗材料或进口高价材料来达到降低变压器损耗的做法是不可取的 因此 要降低变压器的损耗应从结构创新和工艺改良来获得 为了降低变压器运行自身的损耗和噪声 做到产品运行节能 制造过程节省材料 技术性价比最优 以满足经济迅速发展对变压器提出的节能 环保 低噪声等方面的更高要求 20世纪90年代 在我国部分厂家已在研发生产立体结构的变压器 卷铁心变压器的发展方向 经历了从单相 三相平面到三相立体的发展过程 是一个技术不断创新的历程 目前 立体卷铁心产品得益于本身的鲜明技术特点 采用传统硅钢材料生产 由三个铁心单框组成一个立体等边三角形结构 三个磁路长度一致 且都最短 三相平衡 空载损耗低 噪音低 同等条件下制造过程中节省硅钢20 左右 节省铜3 左右 是制造和运行双节能型高可靠性变压器 S13型立体卷铁心变压器就是这样一种产品 S13型节能型变压器 S13型立体卷铁心变压器与各类型号变压器性能对比 1 与S7同容量变压器相比 空载损耗下降55 以上 负载损耗下降33 空载电流下降85 以上 噪声下降8 13dB A 2 与S9同容量变压器相比 空载损耗下降50 以上 空载电流下降80 以上 噪声下降8 11dB A 3 与S11同容量变压器相比 空载损耗下降25 以上 空载电流下降70 以上 噪声下降7 10dB A 4 与S13叠片结构同容量变压器相比 节省硅钢片用量20 以上 铜用量2 3 空载电流下降50 以上 噪声下降4 6dB A 同时 空载电流小 一可以降低网络损耗 二提高网络功率因数 三提高供电网设备的有效利用率 四减少无功补偿设备的投入 可大大节省设备投资和运行费用 现在 举例说明一下S13型立体卷铁心变压器的节能效果 以一台500kVA容量的变压器为例 S13型立体卷铁心变压器年运行成本为16388元 S7型变压器年运行成本为25453元 S13与S7相比 每年可以节约成本9065元 S13型立体卷铁心变压器性价比很高 对于需要更换变压器的用户来说是一个很好的选择 对于新增容的用户 S13型立体卷铁心变压器也是一个不错的选择 S11型变压器年运行成本为18260元 比S13高出1872元 SH15非晶合金变压器虽然损耗比S13低 但由于价格较S13贵很多 性价比不高 因此 S13型立体卷铁心变压器是目前用户的最佳选择 S13具有空载损耗低 空载电流低 噪声低的性能 节电效果显著 提高了电压质量和供电的可靠性 是有利于环保的绿色节能设备 为城乡电网技术改造工程中推广使用的最新产品 S13 M RL S11 M RL系列全密封立体三相卷铁心变压器不同于传统的平面叠片式铁心变压器 其铁心是由单框片立体三角形布置的三相柱轭组成 每个柱体由优质冷轧硅钢薄带连续卷制 带宽经数控开料机作直线或曲线剪切 带料在铁心卷绕机上卷绕组成近圆形或折边圆弧框片后经真空充氮退火处理以消除加工应力 晶格重新取向 提高导磁率 改善电磁性能 高低压线圈使用专用绕线机 直接在铁心柱纸筒上绕制 整体结构坚实紧凑 器身采用上下铁轭绝缘和层压木 四周拉螺杆拉紧线圈 使之稳固牢靠 能承受突发短路时的冲击力 2 型号含义 R表示卷铁心 L表示立体结构 分类立体卷铁心配电变压器也可以分为两类 1 干式立体卷铁心变压器 包括 非包封式 纸绝缘 干式变压器 例 SGB11 RL 1000 10包封式 树脂绝缘 干式变压器 例 SCB11 RL 1000 102 油浸式立体卷铁心变压器 例 S13 M RL 100 10此外 部分厂家也开发了一些以立体卷铁心为核心的特种变压器 如整流变 隔离变 励磁变 分裂变等 3 产品特点 3 1损耗低 节电效果显著按现行国际GB T6451 1999 三相油浸电力变压器技术参数和要求 容量30 1600kVA S13 M RL系列空载损耗平均下降50 负载损耗平均下降30 S11 M RL系列空载损耗平均下降30 负载损耗平均下降25 1 三维立体卷铁心的磁化方向完全与硅钢片的轧制方向一致 且铁心层间没有搭头接槰 磁路各处的磁通分布均匀 没有明显的高阻区 没有接缝处磁通密度的畸变现象 在材质相同的前提下 卷绕式铁心与叠片式铁心相比 其铁损工艺系数从1 3 1 5之间下降到1 05左右 仅此一项可使铁心损耗降低10 20 2 由于特殊的三维立体结构 使铁心的铁轭部分用材量比传统叠片铁心减少25 且减少的角重量占铁心总重约6 3 对硅钢片的剪切处理会使其导磁性能恶化 三维立体卷铁心经高温 800 真空充氮退火处理 不仅消除了铁心的机械应力 而且细化了硅钢片的磁畴 提高了硅钢片二次再结晶能力 使硅钢片的性能大大优于其出厂时的性能 4 经检测认定 三维立体变压器的空载损耗较国标降低25 35 空载电流最高可降低92 3 2空载电流低由于卷铁心材质优良以及绕制加工特点 使空载电流显著降低 按现行国标GB T6451 1999 S13 M RL系列空载电流平均下降75 S11 M RL系列空载电流平均下降75 3 3运行噪声低变压器本体振动产生噪音的根源在于 硅钢片的磁致伸缩引起铁心振动 产生噪音硅钢片接缝处和叠片之间存在着因漏磁而产生的电磁吸引力 引起铁心振动 产生噪音变压器工作磁密选取过高 接近或达到饱和点 漏磁太大 产生噪音由于三维立体卷铁心是将硅钢片条料在专用的铁心卷绕机上不间断 紧密连续卷制而成 没有接缝 不会产生如叠片式匆忙那样因磁路不连续而发出的噪音 同时 三相磁路 磁通完全对称 工作磁密设计合理 因而产品噪音大大降低 3 按JB T10088 1999噪声标准 S13 M RL及S11 M RL系列噪声均降低约7 9dB 4 过载能力强 1 产品本身的发热量很低 卷铁心变压器其空载损耗 空载电流都非常小 产品本身发热量就很低 2 如图所示 三相线圈呈 品 字形排布 在线圈间形成一条上下贯通的中心天然气道 抽风烟筒 由于上下铁轭温差30 40 产生强烈的空气对流 冷空气从下面往中心通道补充 热量从上铁轭内斜面辐射出去 自然循环中迅速带走变压器产生的热量 结构特点 4 1铁心采用材质性能不低于30ZH110冷轧硅钢片 三相三柱立体对称结构有最平衡的三相磁路 每组 卷 心片由薄钢带在专用铁心卷绕机上绕制 压力均匀紧实 铁心框片经真空退火处理 消除应力 提高电磁性能 铁心表面涂环氧树脂漆 防潮 固化 S13是新型节能变压器产品 可以选择立式卷铁芯和激光加工叠铁芯两种形式设计和生产 S13型开口立式卷铁心变压器适用于小容量产品 一般在630KVA以下 4 2绕组采用低氧铜材质的纸包铜扁线或QQ 2缩醛漆包圆铜线 低压线圈为双层或四层圆铜式或新螺旋式 或箔式 高压线圈为多层圆筒式 线圈油道为瓦楞结构 层间绝缘为双面点胶纸 低压及高压表面均加绕环氧树脂半粘性玻璃纤维带 增加机械强度 4 3器身 引线采用绝缘纸板制作上下铁轭绝缘 采用层压木制作平衡垫块绝缘 采用层压纸板作引线支架 所有紧固件均为有效锁紧的防松螺母 4 4油箱采用三角形结构的全密封波纹油箱 三相均设置波纹片以保证散热及补偿随油温变化而致油体积变化的膨缩体积 箱盖面上装有带压力释放阀的油位计便于加油及观察油面高度 及对变压器内部突发故障过压时释放压力安全保护 立体卷铁心 立体卷铁心变压器的关键部件是立体卷绕式铁心 立体卷铁心磁路中无空气隙 卷绕紧密 三个磁路长度一致 且都最短 铁心心柱的横截面更接近于圆形 这些结构上的特点使该种变压器具有明显的优点 如节省材料 提高性能 降低损耗 降低噪声 三相平衡 减少三次谐波等 而这些优点同时集中于一种结构的变压器上 是其它结构的变压器所难以做到的 立体卷铁心是一种卷绕式铁心 整个铁心由三个完全相同的单框拼合而成 拼合后铁心的三个心柱呈等边三角形立体排列 每个单框是由若干根梯形料带依次连续卷绕而成 卷绕后的单框横截面接近半圆形 拼合后的横截面呈非常接近整圆的准多边形 卷绕单框的不同尺寸梯形料带 由专用折线开料机进行套裁加工得到 这种套裁加工可以做到无废料加工 即套裁时材料利用率为100 单框的卷绕是在专用的立体卷铁心卷绕机上完成的 这种铁心卷绕机料带卷绕时 卷绕机会自动精确地完成料带的30度倾斜角 从而确保三个单框拼合时 拼合面良好粘合 带来的突出特点 1 节省材料 2 提高性能 3 降低损耗 4 降低噪音 5 三相平衡 6 减少三次谐波分量 7 电磁辐射低 S11叠铁芯 S9以前 S11平面卷铁芯 叠铁芯变压器的铁芯是由纵剪生产线和横剪生产线 将硅钢带加工成一定形状的硅钢片 再将硅钢片按一定方式叠成 这种铁芯存在着三个缺点 a 在磁路中存在着许多接缝形成的空气隙 这种空气隙加大了磁路的磁阻 从而增加了损耗和空载电流 b 局部地方磁路的方向与硅钢带的高导磁方向不一致 c 片与片之间不够紧密 不仅降低了叠片系数 更重要的是加大了噪音 平面卷铁芯是先卷绕二个较小的内框 二个已卷绕的内框组合后 在其外部再卷绕一个较大的外框组成 平面卷铁芯的三个芯柱呈平面排列 三角区磁饱和 立体卷铁芯芯柱横截面呈接近圆形的准多边形 截面填充系数可达0 95 0 96 而叠铁芯的芯柱横截面呈阶梯形 截面填充系数为0 89 0 925 故在相同横截面积的情况下 立体卷铁芯绕组的平均匝长短2 3 也就节省铜材2 3 立体卷铁芯芯框由硅钢带连续地卷绕而成 无接缝 无空气间隙 比叠铁芯更能充分发挥冷轧硅钢片的取向性 铁芯采用完全退火工艺 能彻底消除机械加工中产生的内应力 使硅钢片原有导磁性能得到恢复 无高磁阻区存在 据统计计算 立体三角形卷铁芯工艺系数可以达到1 05 1 1 而叠铁芯工艺系数为1 15 1 3 传统的带空气气隙的叠铁心 A C相之间的耦合磁路 比A B相 B C相的磁路长1 2 因而磁路不平衡 A C相的磁阻较大大 当将三相电压施加到变压器上后 铁心便产生三相平衡的磁通 A B C 三相平衡的磁通经过不平衡的磁路时 A C相的磁压降大 影响三相电压的平衡 平面卷铁心与叠铁心一样 三个心柱呈平面排列 这样使三个心柱的磁路长度不一致 中柱磁路长度最短 二个边柱磁路长度较长 平均磁路长20 左右 从而造成三个心柱空载损耗差别较大 中柱空载损耗最低 二个边柱的空载损耗较大 造成三相不平衡 由于磁阻大小与磁路的长短有关 长短不一会造成三相励磁电流不平衡 立体卷铁心的三个心柱的磁路长度完全一致 且最短 三个心柱损耗一致 因而三相平衡 立体卷铁心磁通分布及各磁回路磁通相量图 叠铁心磁通分布及各磁回路磁通相量图 平面卷心磁通分布及各磁回路磁通相量图 三相平衡 立体卷铁心技术特点 节省原材料 节省原材料 立体卷铁心心柱截面图 叠铁心 平面卷铁心心柱截面图 填充系数0 89 0 925 填充系数0 95 0 96 空载损耗低 铁心重量减轻 铁心空载损耗会降低 这由空载损耗计算公式即可看出 P0 K0GPt式中 Pt是铁心的单位重量损耗 K0是工艺系数 G是铁心总重量 当硅钢材料确定后 同样磁通密度Bt方案 Pt值是不变的 因此选择高牌号 低单位铁损 硅钢片可有效降低空载损耗 两方面原因使空载损耗工艺系数K0降低 一 铁心框由硅钢带连续地卷绕而成 无接缝 无空气间隙 比叠铁心更能充分发挥冷轧硅钢片的取向性 二 铁心采用完全退火工艺 能彻底消除机械加工中产生的内应力 使硅钢片原有导磁性能得到恢复 无高磁阻区存在 据统计计算 立体三角形卷铁心工艺系数可以达到1 05 1 1 而叠铁心工艺系数仅为1 15 1 3 平面叠铁心结构变压器空载电流较高 这是由于 铁心在冲裁 叠片 拆 插铁轭等工序中 毛刺 接缝处理等工艺水平均会对空载电流造成影响 在磁路中存在着许多接缝形成的空气隙 这种空气隙加大了磁路的磁阻 从而增加了损耗和空载电流 空载电流低 立体卷铁心空载电流低 这是由于 立体卷铁心三相磁路无接缝 磁通方向与硅钢片晶体取向完全一致 大幅度降低空载损耗和空载电流 变压器空载电流低所带来的好处 可以降低网络损耗 提高网络功率因数 提高供电网设备的有效利用率 减少无功补偿设备的投入 可大大节省设备投资和运行费用 运行噪音低 叠铁心变压器 叠铁心是由一定形状的硅钢片按一定规律叠成 硅钢片之间不够紧密 工作时在电磁力的作用下 产生振动 故噪声较大 立体卷铁心变压器 立体卷铁心带材之间卷绕紧密 铁心材料的导磁方向与铁心的磁路方向完全一致 工作时振动小 可使噪音降低到最低限度 一般可比叠铁心变压器降低10dB A 25dB A 基本达到静音状态 立体卷铁心变压器抗短路能力强 这是由于 铁心采用三个完全相同的矩形单框拼合而成 三相受力均匀对称 变压器夹件为三角形框架结构 焊接成一体 由于三角形的稳定性 因此整体强度高 不易变形 夹件对线圈的压持面积比平面形布置线圈被压面积增加16 受短路电动力作用时 线圈圆周上各点受力均匀 因此抗短路能力得到极大增强 绕组截面为圆形 受短路电动力时抗压性强 立体卷铁心线圈截面 抗短路能力强 立体卷铁心紧凑 对称的线圈结构可大大降低变压器周围的杂散磁场 空间漏磁小 减少电磁辐射 电磁场低 叠铁心变压器 叠铁心变压器由于技术上的原因而易于失窃 在安装现场可以很快拆开器身的紧固件 将变压器的硅钢片敲落 此时变压器的3个绕组与硅钢片当即分离 就可以轻而易举地将硅钢片 线圈等有价值的材料窃取运走 立体卷铁心变压器 由于卷铁心变压器的铁心是一个整体 铁心敲不散 线圈取不下来 把整体铁心和线圈搬走 也是相当困难的 防盗 S13 M RL系列油浸式立体三角形卷铁心变压器 铁心 器身 油箱均为三角形结构 20000 2500kVA容量采用方形油箱 高低压端子均为横向对称排布 进出线方式 安装固定方式同叠片式变压器基本相同 S13 M RL系列油浸式立体三角形卷铁心变压器 采用立体三角形卷铁心 具有三相平衡 提高性能 结构紧凑 低损耗 低噪音 节材等优点 的新型高可靠性变压器 适用于电压等级6 10kV 额定容量30 2500kVA的油浸式配电变压器 是一种结构更合理 性能更优良 制造成本更低 夹件上 下夹件均为整体式 保护整个铁心在制造 运输 安装过程中不受外力 且可有效压紧和支承线圈 提高了变压器突发短路时抗轴向电动力的能力 型钢结构的夹件 有效抑制了噪声在夹件内的振荡 使变压器的噪声保持在理想状态 绕组线圈由高压线圈与低压线圈组成 低压线圈为圆筒式结构 且端绝缘用树脂混料粘封 高压线圈采用分段圆筒式结构 且整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封 根据变压器容量的大小在线圈内层设置能双向散热的轴向散热风道 层间设DMD预浸布热固化成型 在绕组加工以后放入烘炉固化使之成为有极强抗短路能力绕组 同时315kVA及以上容量低压采用箔式绕组 低压采用箔式绕组 具备以下优点 线圈两端无螺旋角 因而不平衡安匝大幅度减小 抗短路能力可大大增强 绕组匝数按幅向布置 风道设置可以更加灵活适用 具有很强的散热性能 绕组匝间电容大 电位梯度小 抗冲击电压能力强 高压线圈采用分段圆筒式结构 且整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封 环氧树脂及固化剂选用亨斯迈精细化工部 HUNTSMAN 高等级绝缘材料 线圈导体与树脂绝缘层形成一个完整的钢体 机械强度好 耐短路的能力强 且环氧树脂的耐压强度高 另外由于整个线圈导体都被环氧树脂的固体绝缘层所包封 因而不仅潮气难于浸入 而且也完全阻断了导体被各种有害气体和腐蚀性化学成份侵害的可能 因而其防潮与防污的性能特别好 5 主要技术参数 S15型非晶合金铁芯变压器 非晶地下式路灯变 非晶半埋式箱变 非晶箱变 非晶干变 非晶油变 非晶地埋变 1 什么是非晶合金变压器 非晶合金是以铁 硅 硼 碳 钴为原料 用急速冷却等特殊工艺使内部原子呈现无序化排列的合金 在铁 钴 镍 铬等金属中添加硅 硼 碳等非金属 将1400 高温下一定比例的铁 硅 硼等混合热溶液 以相当于每秒冷却100万摄氏度的高速冷却 从溶液到薄带成品一次成型 由于高速旋转和冷却时的高温骤降 合金箔的原子结构呈现无序排列 类似于玻璃 不存在通常金属合金所表征的晶体结构 故称其为 非晶合金 S15型非晶合金铁芯变压器 什么是非晶合金 我们先从非晶材料说起 在日常生活中人们接触的材料一般有两种 一种是晶态材料 另一种是非晶态材料 所谓晶态材料 是指材料内部的原子排列遵循一定的规律 反之 内部原子排列处于无规则状态 则为非晶态材料 一般的金属 其内部原子排列有序 都属于晶态材料 科学家发现 金属在熔化后 内部原子处于活跃状态 一但金属开始冷却 原子就会随着温度的下降 而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来 形成晶体 如果冷却过程很快 原子还来不及重新排列就被凝固住了 由此就产生了非晶态合金 制备非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺 将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上 钢水以每秒百万度的速度迅速冷却 仅用千分之一秒的时间就将1300 的钢水降到200 以下 形成非晶带材 晶体 非晶体 非晶合金的化学成份 含铁78 到81 含硼13 5 含硅3 5 到8 含微量镍 钴等其它金属元素 非晶态合金与晶态合金相比 在物理性能 化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化 以铁元素为主的非晶态合金为例 它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点 由于这样的特性 非晶态合金材料在电子 航空 航天 机械 微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间 例如 用于航空航天领域 可以减轻电源 设备重量 增加有效载荷 用于民用电力 电子设备 可大大缩小电源体积 提高效率 增强抗干扰能力 微型铁芯可大量应用于综合业务数字网ISDN中的变压器 非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签 非晶合金神奇的功效 具有广阔的市场前景 非晶合金带材的制造过程 典型退火曲线 退火能消除应力 改善铁心性能 降低损耗 保温温度的下限 在一般在310 以上 可消除急冷引起的内应力上限 则要小于材料的居里温度为了使非晶合金得到最理想的磁特性 需在磁场中退火 退火时的外磁场大小应使非晶合金在退火过程中接近磁饱和 非晶合金铁心材料 非晶合金成品铁芯 2 非晶合金的主要特点 非晶合金铁心配电变压器的最大优点是 空载损耗值特低 最终能否确保空载损耗值 是整个设计过程中所要考虑的核心问题 当在产品结构布置时 除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外 同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数 除此设计思路外 还须遵循以下三点要求 1 由于非晶合金材料的饱和磁密较低 在产品设计时 额定磁通密度不宜选得太高 通常选取1 3 1 35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值 2 非晶合金材料的单片厚仅为0 03mm 所以其叠片系数也只能达到82 86 3 为了使用户能获得免维护或少维护的好处 现把非晶合金配电变压器的产品 都设计成全密封式结构 3 变压器非晶合金结构特点利用导磁性能突出的非晶合金 来用作制造变压器的铁心材料 最终能获得很低的损耗值 但它具有许多特性 在设计和制造中是必须 3 4 保证和考虑的 主要体体现以下几个方面 1 非晶合金片材料的硬度很高 用常规工具是难以剪切的 所以设计时应考虑减少剪切量 2 非晶合金单片厚度极薄 材料表面也不是很平坦 则铁心填充系数较低 2 非晶合金的主要特点 3 非晶合金对机械应力非常敏感 结构设计时 必须避免采用以铁心作为主承重结构件的传统设计方案 4 为了获得优良的低损耗特性 非晶合金铁心片必须进行退火处理 5 从电气性能上 为了减少铁心片的剪切量 整台产品的铁心由四个单独的铁心框并列组成 并且每相绕组是套在磁路独立的两框上 每个框内的磁通除基波磁通外 还有三次谐波磁通的存在 一个绕组中的两个卷铁心框内 其三次谐波磁通正好在相位上相反 数值上相等 因此 每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零 如一次侧是D接法 有三次谐波电流的回路 当在感应出的二次侧电压波形上 就不会有三次谐波电压的分量 根据上面分析 三相非晶合金配电变压器最合理的结构为 铁心 由四个单独铁心框在同一平面内组成三相五柱式 必须经退火处理 并带有交叉铁轭接缝 截面形状呈长方形 绕组 为长方形截面 可单独绕制成型的 双层或多层矩形层式 油箱 为全密封免维护的波纹结构 非晶合金变压器发展前景 推广应用非晶合金铁心变压器不仅有良好的节能效益 而且还有环保效益 节能相当于减少发电量或少建火力发电厂 从而减少了发电厂排放的CO2 SO2和氮氧化物等 非晶合金铁心配电变压器在国外早已使用并取得了成功经验 美国有100多万台非晶合金铁心配电变压器挂网运行 日本已有35万台在运行 目前世界上最大的5000kVA的非晶合金变压器也在运行 欧盟国家也有应用 亚洲的印度 孟加拉国 韩国 泰国等国家都有非晶合金变压器制造厂 我国从20世纪90年代初开始生产和应用非晶合金变压器 但发展较为缓慢 推广的效果不很理想 三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与S11型三相油浸式配电变压器相比 其有效材料消耗较大 制造耗费工时较多 因而成本较高 按目前材料价格计 前者的价格约为后者的1 3倍 这一价格与前些年相比 供需双方还是可以接受的 这就有利于大范围推广应用 另外 采购变压器不能只看价格 应对总费用 TOC 进行评估 看其在寿命期内的总成本是否最低 这也是国际上通用的方法 2005年6月 国家电网公司农电工作部在组织讨论非晶合金变压器标准时 已将此方法作为该标准的附录 目前 除油浸式非晶合金铁心配电变压器外 根据市场和用户需要 又推出了多种非晶合金铁心变压器类产品 非晶合金铁心干式变压器 非晶合金铁心地下式变压器 高燃点油非晶合金铁心变压器 非晶合金铁心组合式变压器 即美式箱变 预装式非晶合金变电站 即欧式箱变 等等 其应用范围越来越广 非晶合金变压器发展前景 非晶合金变压器若能完全替代新S9系列配变 如10kV级配电变压器年需求量按5000万kVA计算时 那么 一年便可节电100亿kW