一、引言

隨著節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)成為全社會(huì)的共識，一向被電力行業(yè)視為趨勢產(chǎn)品的非晶合金和硅鋼立體卷鐵心配電變壓器逐漸走向前臺，而非晶合金變壓器的空載損耗僅為S13硅鋼立體卷鐵心配電變壓器的一半，節(jié)能效果更加明顯。

現(xiàn)有的非晶合金變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)方式主要有兩種，一種是四框五柱式，一種是三框三柱式，這兩種結(jié)構(gòu)的非晶合金鐵心都是采用開口平面卷鐵心結(jié)構(gòu)，線圈的橫截面呈矩形，主要是因?yàn)榉蔷Ш辖痂F心柱橫截面是矩形。

由于鐵心柱和線圈橫截面都是矩形，造成了其抗突發(fā)短路的能力下降，必須采取結(jié)構(gòu)加強(qiáng)及壓裝工藝等彌補(bǔ)措施，且由于采用平面卷鐵心結(jié)構(gòu)，接縫多造成噪音的增加。

雖然這些問題通過增加原材料的投入及器身結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)等措施能夠得到解決，但是綜合成本的上升對非晶合金變壓器的大量推廣應(yīng)用造成了不利的影響。

立體卷鐵心變壓器在相同條件下具有較低的噪聲和較強(qiáng)的抗突發(fā)短路能力，并可有效減小變壓器體積及重量，降低生產(chǎn)和運(yùn)行成本。

因此，研究綜合了上述兩種變壓器優(yōu)勢的非晶合金立體卷鐵心變壓器具有廣泛的應(yīng)用前景和明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

本項(xiàng)目將非晶合金材料的優(yōu)異特性和硅鋼立體卷鐵心制造技術(shù)有機(jī)結(jié)合，研制非晶合金立體卷鐵心變壓器，提高變壓器可靠性的同時(shí)，降低了用電成本，對國家配電網(wǎng)建設(shè)中的節(jié)能降耗工作起到了推動(dòng)作用。

二、技術(shù)原理

1、磁路

圖1 非晶合金立體卷鐵心的磁路示意圖（左）及磁通向量（右）

對非晶合金立體卷鐵心的磁路進(jìn)行理論分析。左圖中的A相磁通fA是由兩個(gè)單框中f1和f2合成，右圖是每個(gè)框磁通和心柱磁通的向量圖。f1向上平移，并將f1的尾端移至f2的箭頭，通過運(yùn)用三角函數(shù)的關(guān)系式可以計(jì)算出，立體卷鐵心的鐵軛磁密比鐵心柱磁密高出15.5%。

2、熱處理

圖2 監(jiān)測鐵心和爐溫的位置示意（左）及熱電偶插入位置示意（右）

本項(xiàng)目是采用多熱電偶測溫技術(shù)和熱風(fēng)循環(huán)差異導(dǎo)流技術(shù)相結(jié)合的熱處理工藝。右圖是熱電偶插入的位置示意圖。根據(jù)鐵心的規(guī)格，在三個(gè)及以上不同帶材的中心插入熱電偶。左圖是以前監(jiān)測鐵心和爐溫的位置示意圖。前者是為了能夠有效達(dá)到控制鐵心內(nèi)部的溫度而提出的一種新的測溫技術(shù)，即多熱電偶測溫技術(shù)。結(jié)合在退火爐內(nèi)增導(dǎo)流板、調(diào)節(jié)風(fēng)速等技術(shù)，可有效減小在同一鐵心不同部位的溫差。左圖是改進(jìn)前的情況，不同部位的維溫差要達(dá)到50℃，改進(jìn)后溫差可以減小到20℃左右。

經(jīng)過采用熱電偶測溫技術(shù)和熱風(fēng)循環(huán)差異導(dǎo)流技術(shù)后，非晶合金立體卷鐵心的性能參數(shù)可以達(dá)到在1.35T磁密時(shí)，單位勵(lì)磁功率為0.35VA/kg，單位損耗為0.18W/kg。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

產(chǎn)品適用于配電領(lǐng)域，該系列非晶合金立體卷鐵心配電變壓器是一種結(jié)構(gòu)更合理、性能更優(yōu)良的新型高性能配電變壓器；提高了電能質(zhì)量和供電的可靠性，是有利于環(huán)保的綠色節(jié)能設(shè)備，為城鄉(xiāng)電網(wǎng)技術(shù)改造工程中提供高供電可靠性及最為節(jié)能的產(chǎn)品。

四、主要技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

非晶合金立體卷鐵心變壓器不同于以往的三相三柱或三相五柱式平面卷鐵心變壓器，鐵心結(jié)構(gòu)采用了橫截面近似圓形的立體斷軛卷鐵心形式，器身采用了合理的壓緊結(jié)構(gòu)，鐵心由三個(gè)幾何尺寸相同的單框鐵心組成，形成立體三角形對稱結(jié)構(gòu)。具體創(chuàng)新點(diǎn)如下：

采用了立體卷鐵心結(jié)構(gòu)，具有三相磁路最短且完全對稱等長的特點(diǎn)，使得變壓器的空載電流下降，噪音得到有效改善。采用了斷軛卷鐵心結(jié)構(gòu)，滿足了鐵心和線圈獨(dú)立加工的要求，提升了鐵心和線圈的質(zhì)量水平，縮短了變壓器的生產(chǎn)周期。采用了圓形截面的卷鐵心結(jié)構(gòu)，使線圈同樣可以加工成圓形，有利于改善抗短路能力，提升變壓器運(yùn)行的安全可靠性，同時(shí)也減少了銅材用量。立體卷鐵心采用了非晶帶材縱向多角度剪切技術(shù)，滿足了鐵心心柱橫截面為圓形的技術(shù)要求。立體卷鐵心熱處理工藝采用多熱電偶控溫技術(shù)與熱風(fēng)循環(huán)差異導(dǎo)流技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了寬度連續(xù)變化的非晶合金帶材受熱均勻的目的，改善了立體卷鐵心的電磁性能。

五、技術(shù)指標(biāo)

1、主要技術(shù)性能指標(biāo)

表2 30kVA～630kVA非晶合金立體卷鐵心變壓器

2、國內(nèi)外同類技術(shù)比較

鑒于目前國內(nèi)外尚未有相關(guān)產(chǎn)品面市，因此產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)無法對比，但同目前最為通用平面卷鐵心變壓器相比，非晶合金立體卷鐵心變壓器的空載損耗、空載電流、噪音水平、過載能力、抗短路能力等均有明顯改善，具體對比如下：

表3 產(chǎn)品性能數(shù)據(jù)對比