变压器--4旧姚志松变压器节能方法汇总

1、麦压春节能方矗汇总金华电业局 姚志松 姚磊摘要：汇总了降低空载损耗、负载损耗、杂散损耗、辅助损耗的实用 方法，以求制造和改造岀更节能、经济的变压器。关键词：变压器；降低；损耗；方法1前言由于我国经济蓬勃发展，对能源的需求越来越大，据“央视国际” 报道，2007年我国对外石油依赖度达到50%,己进入能源预警期。而 对世界很高的价格，能源面临着严峻的挑战。国家颁布了节能法, 实施把节约放在首位的能源发展战略，先后出台了关于加强节能工 作的决定、配电变压器的能效限定值及节能评价值标准、单位 GDP能耗考核体系实施方案和节能技改财政奖励办法及建立层层责 任制，把节能指标纳入各地评价体系，作为领导和企业

2、负责人考核内 容，推行“一票否决制”和问责制。浙江省对企业每节约相当于1吨 煤能源奖20元，超额消耗1吨煤罚20元，因此，节能工作是当务之 急。据报道，“十一五”期间（2006年2010年）国家电网公司投入 8000亿元，南方电网公司投入3000亿元，全国共将投入11000亿元 进行电网建设（“十五”期间全国两网一一城网和农网改造总计投入 2650亿元）。如此巨大的资金，将快速促进变压器的更新换代。温总 理2007年在中欧工商峰会上述，预计未来5年，我国节能环保投入 3000亿美元，占世界市场30%o而我国电网损耗占供电容量7. 2%, 其中变压器损耗占大部分。2007年我国变压器产量达9亿k

3、VA,加上 电网原有变压器，构成很大的节能潜力库。因此，采用节能变压器、 降低变压器损耗是节能工作的重大措施。为此，我们搜集、汇总了散 见于各种论文、资料和各制造厂零碎应用的各种节能方法，以求制造 和改造出比目前更节能、更经济的变压器。2降低空载损耗的方法空载损耗是变压器的重要参数，只要投入电网，不论是否带负载 都会存在。虽然仅占变压器总损耗的20%30%,但它是不随负载的变 化的损耗。在变压器空载下所测得的损耗包括铁心中的磁滞损耗和涡 流损耗，空载电流通过绕组电阻的损耗，在铁心中的夹件、螺栓等的 杂散涡流损耗，铁片间磁通（磁通由一片穿到另一片）损耗和绝缘损 耗。绝缘损耗又称电介质损耗，可分为

4、二部分：一是电介质都有的微 弱的导电性，产生泄漏电流；二是电介质反复磁化，分子间不断摩擦 发热引起。变压器空载损耗P尸KcPcGc，要降低空载损耗，必须要降低铁心总 量Gc、单位损耗Pc和工艺系数Kc。这就需要：1）采用性能优良的硅钢片。硅钢片（包括非晶合金片）性能越好, 单位损耗Pc越小，从而空载损耗和铁心重量都可以降低。2）改进铁心结构和工艺，降低工艺系数Keo当硅钢片性能一定时, 单位损耗一定；而降低铁心总量时，磁密增大，单位损耗成二次方增 大（PeoeBm：）,空载损耗反而上升，故降低工艺系数较好。2.1空我损耗和空我电流的影响因素1）直接缝和斜接缝铁心转角处影响：空载损耗和空载电流随

5、铁心转角处磁通方向与硅钢片轧制方向 夹角增大而增大。2）铁心叠片剪切、运输和撞击时会使空载损耗和空载电流增大, 最大的变坏值有时分别可达5%和10%.3）滚毛刺时在硅钢片中产生剩余机械应力，使钢片结构发生变 化，导致空载损耗和空载电流增大，它们分别增大7%和50%60%。4）在铁心夹紧叠片时，由于夹紧压力和叠片弯曲或者在强行整 平时，在硅钢片中产生附加的机械应力，致使钢片的磁性能变坏。5）当铁轨截而的形状不与铁心柱截面形状相同时，空载损耗增 大系数为1.05；铁辘截面形状与铁心柱截面形状相同的结构比三级 铁辄和多级铁心柱的结构，空载损耗减少10%。上铁辄插片工序因引 起绝缘损伤、接缝变坏等因素

6、造成空载损耗和空载电流约增加 5%10%。6）材料和生产工艺过程中的错误会引起P。、I。%增大，如硅钢片 材质不良、毛刺大、绝缘不好、铁心中某一部分短路。高导磁片很矫: 碰撞、弯曲、摔打、传递、剪切、叠板、起立、插板等应有合适的装 备，要求细致操作和有经验，否则损耗增大。2.2采用细畴高导片和非晶合金片普通硅钢片厚度0. 30. 35mm,损耗低可用0. 150. 27mm。硅钢片 与变压器铁损的关系西门子厂试验结果如下：硅钢片规格变压器铁损0. 3mm普通硅钢片100%0. 3mmHI-B高导磁硅钢片80%0. 3mmHI-B激光处理高导磁硅钢片75%0.23mm普通硅钢片90%0. 23m

7、mHI-B高导磁硅钢片70%0. 23mmHI-B激光处理高导磁硅钢片65%同时，若采用阶梯叠积，则又可减少铁损8%左右。采用激光照射、机械压痕和等离子处理可使高导磁硅钢片损耗更 低。而非晶合金片和国外按速冷原理制成的含硅量为6. 5%的硅钢片,其涡流损耗部分比一般高导磁硅钢片小。2.3应用空我损蔽的解林技术运用电子计算机的数值解析技术，对铁损和材料特性的关系、铁 损分布和磁通分布等方而作出研究分析以降低损耗。图1铁心材料的磁通分布（a）两种材料的磁通分布（b）两种材料务部位磁通波形（c） T形接缝区的旋转磁通图1所示是两种特性不同材料的磁通分布、磁通波形及旋转磁通 的计算结果。对比两者磁通分

8、布，可见其中柱磁通差异最有代表性， 材料（一）（高导磁）的磁通不均分布比材料（二）大，中柱的磁通 波形畸变也增大，最大磁密增高。其原因是顺轧向和横轧向的磁导率 之比，材料（一）比材料（二）高的缘故。图1C是T形接缝区旋转 磁通分布情况。旋转磁通会使铁损增加，但使柱磁通波形畸变减少， 不一定由于旋转磁通使总损耗增加多，因此铁心材料不仅要注意顺向磁导率好，且还要注意顺向和横向的磁导率比。如卷铁心的内外框用 不同材质的硅钢片，其对工艺系数的影响见表1。可见内框用优材质 更重要。表1三相卷铁心的工艺系数频率材料铁损(W/kg)BFBFnBFe内框外框50G9G91.631.301.021.80G9G6

9、H1.551.351.061.79G6HG91. 171.291.011.70G6HG6H1.361. 311.031.67注:变压器铁心的磁滞损耗_变压器铁心的涡流损耗硅钢片的磁滞损耗,硅钢片的涡流损耗BF （工艺系数）=变压器铁损 硅钢片铁损2. G9即30G130, G6H即30P100,这些型号参数可查JISC2553-86样本。2.4績少工艺系数工艺损耗系数与硅钢片材料、冲剪设备是否退火、夹紧程度等诸 多因素有关。对冲剪设备的刀具精度、装刀合理和调整也很重要。经 宁波变压器厂试验，纵剪加工对硅钢片单位损耗的影响比横剪加工 大。一般经纵剪加工后，其损耗将比原材料增大6%9%,横剪加工后

10、 将增大3%4%。2.5阶梯叠接缝阶梯的叠积级数可取3、5、7奇数阶，也可取4、6、8偶数阶。-般使用多于7级较少，采用35级接缝较多。从理论上讲，采用一 片一叠最好，因耗时多，故仅适小容量铁心。对大容量有可能铁觇片 插装不到位，反而增加损耗，故一般采用两片一叠或混合叠片（主级 一片一叠，接下来丄厚两片一為，靠外丄三片一叠）。332.6改进铁心结构铁心不冲孔，不绑扎玻璃粘带，端而涂固化漆，相间铁觇用高强 度钢带绑扎（小配变仍用玻璃粘带）。心柱两侧连接上下夹件的拉板 用非磁性钢板。采用铁心叠装起立翻转台，铁窗宽与铁心直径比趋向 铁辘磁路长与心柱磁路长趋向对大容量铁心片不涂漆处理，105提高填充系

11、数和冷却性能。剪切毛刺控制在0. 02mm以下。铁心夹紧 力控制在0.3MPa。用强压工装和粘胶使铁心两觇成为一个坚固、平 整、垂直精度高的整体。减少铁心搭接宽度可降损，搭接而积每减 1%,空载损耗会降0. 3%,如葫芦岛电设厂将叠片出角25mm改为20、 15、10mm三种出角。而采用凸字形铁辘和弓和#两种片形，也可减角 重和节能。铁心中混入不同牌号硅钢片会耗能（因磁密集中到好片中 去），故应少混或不混片。采用圆柱矩辘或椭圆形铁心也会节能。2.7采用铁心不叠上铁犯工艺2.8选择合适片宽城少铁心角重铁心直径为D,铁心的主级片宽按D减5mm或减10mm两种方案 来选择片形组合。结果发现，在铁心有

12、效截面积不变的情况下，第二 种方案能减少铁心角重。经实践，对D二145、190、255mm铁心分别能 减角重 1.56、2.84、5. 09kgo2.9城少铁心窗口尺寸将绕组不变匝绝缘（厚度）改成变匝绝缘，如将一台120000/110 变压器根据冲击电压分布，高压绕组首端和调压段的匝绝缘厚度为 1.35mm,其他段为0.95mm,结果因缩小窗口尺寸后，降铁重1.67%。 临夏机电厂将10kV配变原0. 45mm纸包扁铜线改为0. 3mm纸包扁铜线 或漆包线来减少窗口。采用自粘性换位导线来代替多根线并绕，如对 180000/220变压器采用自粘换位导线，可降铁重2.41%o在安全前提 下，合理缩

13、小高、低间主空道距离、降低饼间油道、缩小相间距离、 加强绝缘处理（加角环、隔板等），绕组采用半油道结构，就缩短了 心柱中心距Mo,减小了铁心重，也降铁损。2.10设廿无共振鉄心将铁心的共振频率设计在合适的频率段，使之无法产生强烈共 振，对减噪声有明显效果，就能节约为降噪而多弗的能源。2.11 M少变压器髙次谐波降损对整流变减少晶闸管触发角偏差，减少直流偏磁；选用磁导率相 对较小而磁密较大的变压器对直流偏磁引起的高次谐波相对较小。运 行时防止变压器过励磁运行。2.12合理选择心柱、主辄、旁觇截面和结构三相五柱旁辘式铁心中，主辘、旁辘、边柱占心柱面积百分比有 三方案：主53. 3%,旁、边47.3

14、%；主、旁53.3%,边47. 3%； 主、旁、边53. 3%o结果方案用料最少，方案最节能，降低5%6%。 2.13变压器的优化设计以总损耗最低的软件来优化设计。2.14采用卷鉄心变压器和立体鉄心变压器卷铁心比传统的叠片式铁心少4个尖角（三相的少大、小各4个 尖角），连续卷绕充分利用了硅钢片取向性，采用退火工艺，降低了 附加损耗。对R型卷铁心，其截而占空系数接近于100%。而立体铁 心的铁轨为三角形立体布置，比平而卷铁心铁辘重减轻25%。这些因 素说明卷铁心和立体铁心更节能。3降低负载损耗的方法负载损耗占总损耗70%80%,包括绕组直流电阻损耗（基木损耗）、 导线中涡流损耗、并列导线间环流损

15、耗、引线损耗和结构件（如夹板、 钢压板、箱壁、螺栓、铁心拉板等）的朵散损耗。后4种称负载损耗 的附加损耗，它还包括漏磁场引起的集肤效应而使导线有效电阻变大 而增加铜损。负载损耗玖=陰叫,要降低Pk：1）降低电导率系数心，必须采用电导率高的铜线，采用无氧铜杆 拉拔的无氧铜导线。2）降低导线重量乱，电流密度成二次方增大，P：反而上升，降6 ,但Gm增大，浪费了材料。3）减少匝数可降玖，但增大了铁心尺寸。4）减少绕组的平均长度，但长度由匝数和结构尺寸决定。因此，通过直接改变变压器导体数据来降Pk是困难的，只有从 改善绝缘结构、缩小绝缘体积、提高绕组填充系数着手，减小绕组尺 寸来降Pk。3.1眼制漏磁

16、引起的附加损耗进行安匝平衡计算，按结果进行安匝调整；绕组采用“低一高一 低”或“高一低一高”排列；限制扁线的宽度和厚度；按磁场计算选 定最适宜的换位方法；采用换位导线或组合导线。3.2尽量使换位完全如单螺旋绕组采用“2 1一2”、“4一24”、“2 4一2”、潘戈式 完全换位。四螺旋绕组可采用两侧出线。箔式绕组只宜与层式绕组配 合或高低压都是箔式绕组。3.3缩小主、纵绝缘结构尺寸在高压绕组上采用“等冲击电压梯度”分布的技术，可缩小纵绝 缘尺寸；绕组之间采用薄纸筒、小油隙；用瓦楞纸作主绝缘；采用形 状与等电位完全相同的成型件，角环形状符合等位线形状，以分瓣成 型角环作为结构件；绕组内径绕在绝缘纸

17、上，但在线段中间设轴向油 道；多采用缩醛漆包线，用QQ-2或QQB型缩醛线代替0. 45mm厚纸包 扁线，因前二者匝绝缘为2X (0.0560.079) mm,绕组填充系数高, 且满足匝绝缘要求；多采用筒式绕组，因没有饼间油道，冷却主要靠 轴向垂直油道，散热好、填充系数和冲击特性好，安匝匀、短路力小; 适当缩小主绝缘(径、端)距离。3.4根据廿算采用有关工艺据冲击计算确定纵绝缘结构，垫块、撑条、金属件倒角、保持较 好形状；计算漏磁场和涡流分布指导换位方式；绕组轴向均布，心柱 绑带用非磁性材料；心柱和觇铁部分设特殊屏蔽以缓和电场；调压绕 组采用一层一个分接；工艺上采用组装式，内绕组直接绕在绝缘筒

18、上, 严控高度、直径公差，套装间隙小，采用热套新工艺，采用整体托板 和压板，绕组换位处用迪耐松纸，带压干燥，绕组放在保温烘房内防 止受潮。3.5采用低损低阻导线用无氧铜线采用上引法拉拔而成，如采用MFCCE铜连续挤压机而 制成。由美国CTC公司生产的碳纤维复合导线，型号为JRLX/T,美国 名ACCC导线的内芯采用新型碳纤维复合材料，其导电容量是常规线 1.52倍，己用在宁波线路上，如能用到变压器上，可节能和降体积, 具有一定的应用前景。3.6漏磁分析和涡损廿算天威公司建立了漏磁场计算模型，利用有限元方法对绕组漏磁场 进行了计算分析和分布，指导绝缘优化设计。应用公式计算涡损也可 指导设计和工艺

19、。3.7利用绝缘结构特点来设廿可缩小体枳利用变压器油液体电介质特性，适当设置覆盖层、屏障、屏蔽、 绝缘层；利用油的“距离效应”的加隔板成小油隙；利用油的“体积 效应”采用瓦楞纸；利用油中绝缘层“厚度效应”加包绝缘提高击穿 电压，但不宜太厚；利用油中隔板离最大场强极距离特点来设置隔板。 3.8采用先进的绝缘结构采用适用绕组，提高填充系数，采用轴向油道的新型螺旋式（或 连续式）绕组，有效地降低了绕组体积。在漏磁集中部位采用非金属 或非磁性材料的压紧结构，采用电磁屏蔽使漏磁通槽路化，可使负载 损耗降3%8%。3.9优选绕组内部保护绕组内部保护措施有电容环、静电线匝、串联补偿（附加饼间电 容）、等电位

20、屏，也可采用纠结式绕组或内屏蔽式绕组。它们都有减 小冲击作用下作用于主、纵绝缘上的过电压，从而减小变压器的体积 和能耗。3.10导线换位和双头并绕导线并绕如螺旋式绕组有单列、双列、三列（青波公司等开发）、 四列螺旋等，必须换位。采用铜箔双头并绕，涡流损耗是整张铜箔的 一半，己经验证。3.11采用长圆形等绕组和丫皿联结及降高度节能采用长圆形铁心、绕组或椭圆形绕组或矩形带圆角绕组经实践都 比圆形传统截而节能。采用Y沁比皿11联结的分接头电压低，三项 可共用一盘分接开关，结构简单、体积小，前者比后者对500RVA变 压器，导线重减2%、铁重减6%、油重减11%,故节材节能。对干式 变压器，绕组越高，上下温差越明显，适当降高，有利于散热和节能。 3.12变压器节能优化设廿4降低杂散损耗和辅助损耗的方法杂散损耗包括结构件（铁心夹件、屏蔽环等）的朵散损耗；穿过 导体地方（套管座）损耗；平行导体（通过大电流的引线）的损耗和 油箱损耗。4.1降低内部结构的杂散损耗据磁分析和实物测量，采用铁心夹件小型化、取消单相中心柱铁 心垫板，增加铁心表面部分的缝隙、对铁心拉板和漏磁场中的结构件 （如螺栓等）采用低磁性或非磁性材料等。4.2降低大电流套管和引线部分的杂散损耗对套管出线盒及箱盖