浅谈110kV立体卷铁心电力变压器
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摘 要：本文中笔者介绍了110kV电力变压器的基本情况及现状，重点通过对比的方式，讲述了110kV电压等级的立体卷铁心变压器和传统平面叠片铁心变压器的優缺点，总结了110kV立体卷铁心电力变压器产品技术及工艺亮点，通过对110kV立体卷铁心电力变压器的描述，向读者推介一种新型节能型110kV立体卷铁心电力变压器。
关键词：110V 立体卷铁心 变压器
中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2019）04（c）-0074-02
1 基本情况
110kV电压等级的电力变压器，主要用于将输电网络电压降到所需要的10kV或35kV，然后与10kV及35kV的电网相联，也可作为发电机组升压变压器使用，110kV级变压器有油浸自冷、油浸风冷、三圈双圈、有载调压、无励磁调压等规格品种。110kV变压器电压等级较高，对生产工艺和生产设备的要求很高，我国具备该产品生产能力的国内企业数在100家左右，但能将铁心做成立体卷铁心结构的，仅有海鸿电气有限公司一家。
2 110kV立体卷铁心电力变压器与传统平面叠铁心电力变压器对比
2.1 节能
立体卷铁心特点：铁心连续地卷绕而成；采用完全退火工艺，立体卷铁心工艺系数可以达到1.01～1.05，而叠铁心工艺系数为1.05～1.15。
立体卷铁心重量由于结构和工艺改良，比叠铁芯约减少22%。
立体卷铁心可采用厚度更薄的优质铁心材料，在选材上具有更广的提升空间。
立体卷铁心三相磁路无接缝，磁力线与铁心材料易磁化方向完全一致，通过退火工艺，可恢复硅钢磁性能。而传统平面叠片铁心，磁路中接缝形成的空气隙加大了磁阻，铁心角部内磁力线与铁心材料易磁化方向存在夹角。
2.2 节材
立体卷铁心截面填充系数高达0.97～0.985。
传统叠片铁心截面填充系数一般在0.89～0.925，有效面积相同情况下，立体卷铁心心柱直径小，从而减少线圈导线长度，平均节约绕组线材约10%。同时也可以降低负载损耗。
2.3 环保
立体卷铁心铁心之间无接缝，磁力线与材料易磁化方向完全一致，且铁心为自稳结构，无需夹紧。因此噪音可比叠铁心变压器降低10～25分贝。而传统叠片铁心采取冲裁、叠片、拆、插铁轭等工序，受毛刺、接缝处理等工艺水平影响，需夹紧成型，铁心的磁致伸缩现象因夹紧不均匀导致噪声增大。
立体卷铁心结构可大大降低变压器周围的杂散磁场。空间漏磁小，仅为传统结构变压器的一半，减少周边电场磁场强度。
2.4 安全可靠
立体卷铁心三个心柱的磁路长度一致，且最短，具有三相平衡的优点，平面叠铁芯A-C磁路比A-B、B-C的磁路长。
立体卷铁心，铁心是连续地卷绕而成，铁心坚固，且三相受力均匀对称，夹件为三角形焊接成一体的框架结构，整体强度高，三相线圈压紧情况一致，采用套绕工艺，线圈间无多余间隙，更加紧凑，所以抗短路能力强。
而平面叠铁心，铁心由不同规格、不同形状的单片叠置而成，片与片之间没有可靠连接，尤其上铁轭在生产过程中经过拆插，当变压器受到冲击时，上铁轭容易冲散。夹件为独立的长形结构件，整体稳定性差；夹件跨度大，易变形，B相线圈压紧情况较差。
110kV电力变压器国家标准的局放为100pC以内，传统110kV平面叠铁心变压器的局放在50～100pC，而110kV立体卷铁心电力变压器局放水平为50pC以内。主要原因在于：铁心用硅钢带材卷绕而成，铁心没有尖角，铁心经过高温退火消除毛刺，合理的绝缘结构和优质的原材料为产品提供保障。
2.5 工艺制造简单，生产效率高
立体卷铁心用机器卷绕，精度高，效率高，制作周期短。立体卷铁心线圈直接绕在铁心上，线圈在绕制的过程中放置绝缘件，构成一个整体，线圈不需要再重新套装，直接一次成形，避免装配过程中造成线圈损伤，提高线圈的可靠性。立体卷铁心变压器制作无需铁心叠装、器身装配台、线圈整形压装台等设备，可大幅减少设备、场地和人员投入，生产流程更灵活流畅，减少投资成本。
叠铁心用人工剪片、叠片，人员投入多，制作周期长，精度控制难度大，劳动强度高，效率低。叠铁心线圈是单独绕制，绕制完成后经过压装，再拆卸铁心上铁轭，并放置相应的绝缘件，再套装线圈，容易造成线圈损伤和绝缘破坏。
3 110kV立体卷铁心电力变压器产品技术及工艺亮点
3.1 噪声低
铁心采用立体卷铁心结构，铁心磁路没有接缝，磁路方向和硅钢材料高导磁方向一致。铁心退火成型后，还要进行固化工序，使铁心成为一个坚固的整体，减小铁心的震动，从而降低铁心噪声。关键部位加减震胶垫，减小器身与油箱的共振，从而减弱铁心通过铁心框架及油箱向外的噪声传递，从而降低了铁心噪声。
3.2 抗短路能力强
高、低、调压绕组采用连绕结构，内绕组直接在铁心上开始绕制，每相各绕组间无需套装间隙，这样保证了每相各绕组间有极好的紧密度和同心度，使铁心与各绕组形成一个坚固的整体，极大提高绕组抗突发短路能力。铁心框架采用三角形结构，由于三角形结构的稳定性，绕组压紧均匀对称，因此整体强度高，受力时不易变形，保证持续的支撑力。铁心框架、拉板、压钉等选用高强度钢板或不锈钢板。
3.3 局放低
立体卷铁心表面圆滑无尖角，电场均匀。使用优质高密绝缘材料和优质克拉玛依环烷基油，提高绝缘结构的耐电强度；严格把控导线品质，避免铜导线多毛刺现象，从而有力控制因铜导线毛刺而引起的局部放电。所有油箱内部的绝缘件和高电场区域内的金属件倒圆角结构，避免电场集中。导线焊接过程中严控金属粉尘混入产品或绝缘件中，所有的焊接处用金属化皱纹纸屏蔽。产品进行全真空注油，可以有效避免因气泡产生的局放。
3.4 温升低、寿命长
绕组高度低，铁心三角区形成烟囱原理，油流动快，散热效率高。三相绕组对称分布，温度分布均匀，热点温升低。在变压器的绕组散热方法中，在绕组中设置挡油纸圈，强迫变压器油沿着指定的路线在绕组中流动，可以最大限度的通过油的循环将绕组中的热量散发出来。
3.5 变压器无渗漏
箱盖、箱壁、箱底选用优质宽幅钢板，无拼接，下料时钢板边沿部分裁去，避免因夹渣导致渗漏。焊接结构采用内、外双层焊和倒坡口焊接，同时对焊缝采用压力试验等手段进行严格检验，保证无渗漏。保证连接法兰的平整度和光洁度，法兰密封面采用防渗漏结构设计；密封垫装配时严格控制密封件的压缩度，确保弹性寿命。变压器各组件出厂前已组装完毕，并按相应要求试漏，确保整个变压器无任何渗漏。
3.6 变压器免吊心安装
器身与油箱采用刚性定位，器身上下完全固定在油箱内，没有移位的空间，器身能承受各种运输条件下的冲击考验而不发生位移。器身上所有引线固定、附件固定都采用防松结构，所有螺母都采用防松螺母或防松工艺，所有垫圈都采用止动垫圈。
由此可见，110kV电压等级立体卷铁心电力变压器技术先进，产品节能优势明显，空负载损耗低，空载电流低；环保特点突出，噪音低，周边电场磁场强度低；安全可靠，抗短路能力强，局放低，温升低；占地面积小，更符合高电压电力变压器在城市发展的需要、同时产品各项优点更能满足新能源领域及综合能源需求。是一种新型节能型环保产品，符合国家绿色制造趋势，值得大力推广。
参考文献
[1] 变压器制造技术丛书编审委员会.变压器油箱制造工艺[M].北京：机械工业出版社，1998.
[2] 贺以燕.变压器工程技术[M].北京：中国标准出版社，2000.
[3] 路长柏.电力变压器绝缘技术[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1997.
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