國(guó)內(nèi)卷鐵心變壓器發(fā)展概述

摘要：論文概述了國(guó)內(nèi)卷鐵心變壓器技術(shù)的應(yīng)用情況及新的發(fā)展動(dòng)態(tài)，并就存在的問題進(jìn)行總結(jié)、說明。在此基礎(chǔ)上，對(duì)卷鐵心變壓器的發(fā)展提出幾點(diǎn)看法。

關(guān)鍵詞：卷鐵心變壓器　硅鋼片　空載損耗

1　前言

我國(guó)農(nóng)村電網(wǎng)具有負(fù)荷分散、季節(jié)性強(qiáng)、平均負(fù)荷率低的特點(diǎn)，在農(nóng)網(wǎng)建設(shè)與改造中新裝和更換的配電變壓器，其技術(shù)先進(jìn)性、適用性、運(yùn)行可靠性與節(jié)能效果是變壓器運(yùn)行和制造部門普遍關(guān)注的問題。近幾年，卷鐵心配電變壓器得到較快發(fā)展，已批量生產(chǎn)并有10000多臺(tái)掛網(wǎng)運(yùn)行。關(guān)于卷鐵心配電變壓器的技術(shù)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)特征、制造工藝與應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性等等專題論文，也陸續(xù)見諸科技期刊。本文對(duì)國(guó)內(nèi)卷鐵心變壓器技術(shù)的應(yīng)用情況作些介紹，并就存在的問題進(jìn)行總結(jié)與說明，對(duì)卷鐵心變壓器的發(fā)展提出幾點(diǎn)看法。

2　發(fā)展與應(yīng)用概況

2.1　農(nóng)網(wǎng)配電變壓器市場(chǎng)概述

我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，80%的人口居住在農(nóng)村，農(nóng)村配電網(wǎng)占電網(wǎng)相當(dāng)大的比例，隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)村用電量增長(zhǎng)較快。統(tǒng)計(jì)資料表明，2000、2001、2002年底，全國(guó)農(nóng)網(wǎng)僅縣及縣以下配電變壓器數(shù)量分別為324、348、376萬臺(tái)，年平均增加26萬臺(tái)。現(xiàn)在，配電變壓器平均單臺(tái)容量約125kVA。由于其數(shù)量巨大和空載損耗的固定性，使農(nóng)村電網(wǎng)中選擇適用的節(jié)能變壓器意義重大。

2.2　卷鐵心變壓器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

卷鐵心是用硅鋼片帶料，連續(xù)卷制成的封閉形鐵心，用其制造的卷鐵心變壓器有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。卷鐵心變壓器的制造工序主要有硅鋼片的縱剪、鐵心卷制、鐵心真空退火、線圈繞制、器身絕緣裝配、產(chǎn)品總裝配等。

卷鐵心變壓器按相數(shù)可分為三相卷鐵心變壓器和單相卷鐵心變壓器，卷鐵心的截面形狀分為矩形截面、階梯圓形截面、近似圓形截面R型等，按制造工藝不同卷鐵心可分為斷軛結(jié)構(gòu)和不斷軛結(jié)構(gòu)等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的卷鐵心變壓器以不斷軛結(jié)構(gòu)的冷軋硅鋼片卷鐵心為主。

S11-M·R型卷鐵心變壓器適用范圍廣，性能水平與傳統(tǒng)的S9型疊片式鐵心變壓器相比，空載損耗平均降低30%、空載電流平均下降70%、噪音水平下降7～10dB，具有重量輕、體積小、機(jī)械和電氣性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。

同國(guó)外同類產(chǎn)品空載損耗指標(biāo)比較，比日本東芝變壓器降低39%、比意大利變壓器降低39.6%、比德國(guó)變壓器降低11.6%。因此，我國(guó)目前的S11卷鐵心變壓器空載損耗方面在國(guó)際上具有領(lǐng)先水平。

2.3　卷鐵心變壓器經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

S11-M·R型卷鐵心變壓器的價(jià)格高于S9變壓器，但運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省。綜合計(jì)算表明，購置節(jié)能型卷鐵心變壓器替代普通變壓器的投資回收年限一般只需2～3年。廣泛應(yīng)用，不僅可以為用戶帶來直接經(jīng)濟(jì)效益，其節(jié)能相當(dāng)于減少發(fā)電量，同時(shí)可使發(fā)電廠減少排放大量CO2、SO2和氮氧化物等，減輕對(duì)大氣的污染，具有良好的環(huán)境效益。

2.4　推廣應(yīng)用

我國(guó)在20世紀(jì)60年代開始研制卷鐵心變壓器，限于當(dāng)時(shí)材料和技術(shù)的原因，生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品很少。到了20世紀(jì)80年代后期，國(guó)內(nèi)的一些廠家才開始生產(chǎn)卷鐵心變壓器。

20世紀(jì)90年代中期以來，卷鐵心變壓器逐漸快速發(fā)展，到了商業(yè)化生產(chǎn)的階段。2000年，原國(guó)家電力公司農(nóng)電工作部、成套設(shè)備部、電力機(jī)械局聯(lián)合召開了S11卷鐵心變壓器應(yīng)用研討會(huì)，明確各地可根據(jù)實(shí)際情況推廣使用。2002年9月，原國(guó)家經(jīng)貿(mào)委以國(guó)經(jīng)貿(mào)廳電力［2002］122號(hào)文發(fā)出《關(guān)于在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造工程中應(yīng)積極推廣使用卷鐵心變壓器的通知》，要求在農(nóng)村電網(wǎng)建設(shè)與改造工程中應(yīng)積極推廣使用這一產(chǎn)品。2003年11月，中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)關(guān)于變壓器行業(yè)發(fā)展的導(dǎo)向性意見中將配電變壓器向小型化、卷鐵心方向發(fā)展，作為國(guó)內(nèi)變壓器行業(yè)技術(shù)發(fā)展方向之一。

卷鐵心變壓器的生產(chǎn)，目前我國(guó)主要集中在電壓等級(jí)10kV，容量一般在800kVA以下，較大容量1600kVA也有試制。全國(guó)現(xiàn)有卷鐵心變壓器生產(chǎn)廠200多家，形成一定的生產(chǎn)能力和實(shí)力的廠家約占總數(shù)的20%。全國(guó)卷鐵心變壓器的生產(chǎn)能力約為1600萬kVA，但實(shí)際產(chǎn)量較低。目前，電力部門采購的卷鐵心變壓器以315kVA及以下的容量居多。

3　不足與問題

在肯定卷鐵心變壓器技術(shù)優(yōu)越性的同時(shí)，也必須看到其固有的不足與問題，這往往讓一些人忽略了。

3.1　產(chǎn)品鐵心結(jié)構(gòu)方面

(1)　平面三相卷鐵心由于其結(jié)構(gòu)因素，軛與柱的磁密不一致，中柱兩端的兩個(gè)三角區(qū)成為局部高磁密區(qū)。

(2)　鐵心三相間磁路長(zhǎng)度不同，磁力線在內(nèi)外框中的分布也不盡相同。內(nèi)環(huán)和外環(huán)因磁路長(zhǎng)短不同，外環(huán)磁阻大于內(nèi)環(huán)磁阻，內(nèi)環(huán)磁通密度比外環(huán)磁通密度高出10%左右。

(3)　三相鐵心每個(gè)柱中都會(huì)有三次諧波磁通。在三角區(qū)內(nèi)，諧波分量相當(dāng)高。一般三相卷鐵心變壓器的高壓聯(lián)結(jié)組為D接法。

上述弱點(diǎn)在小容量卷鐵心變壓器上(315kVA以下，特別是100kVA以下)，反映還不明顯，較大容量影響就大一些。

3.2　制造方面

(1)　專用設(shè)備：生產(chǎn)卷鐵心變壓器在鐵心卷制、退火、繞線時(shí)需用的專用設(shè)備及工裝、模具較多，要求嚴(yán)格，投入大，且效率相對(duì)較低。

(2)　退火：鐵心退火受退火設(shè)備、溫度、時(shí)間(升溫、保溫、降溫)、硅鋼片牌號(hào)及廠家裝爐量、鐵心直徑、爐內(nèi)氣氛等因素影響較大，使鐵心損耗工藝系數(shù)分散性較大。退火耗電量大。

(3)　退火后工序較多：導(dǎo)致鐵心退火后又重新受力，鐵心空載損耗增加，使退火效果打了折扣。

3.3　使用與維護(hù)方面

產(chǎn)品一旦需要維修，對(duì)鐵心或繞組較為困難，這將給傳統(tǒng)的維護(hù)規(guī)程和觀念帶來變化。

以上問題和困難，亟待變壓器研究與制造部門進(jìn)一步深入研究，多方努力，認(rèn)真加以解決，但不影響現(xiàn)有產(chǎn)品的推廣使用。

4　技術(shù)與品種的新進(jìn)展

隨著卷鐵心變壓器研究開發(fā)的不斷深入和發(fā)展，已派生出多種卷鐵心變壓器產(chǎn)品，如組合式卷鐵心變壓器、干式卷鐵心變壓器、地下式卷鐵心變壓器、高燃點(diǎn)油卷鐵心變壓器等等。

國(guó)內(nèi)已研制出了立體組合的三角形卷鐵心變壓器，它采用三只相同的矩形半圓截面卷鐵心框組合而成，相鄰的兩個(gè)鐵心框的邊柱組成一相截面近似圓形的心柱，在結(jié)構(gòu)上有一定的優(yōu)越性。例如三相鐵心磁路對(duì)稱，可以節(jié)省材料，與傳統(tǒng)鐵心相比可以減輕一個(gè)軛重，但繞組繞制工藝較復(fù)雜，且有磁密不均的問題，比較適合于做容量較大的配電變壓器。

國(guó)產(chǎn)化的開口卷鐵心技術(shù)正在開發(fā)之中。這種技術(shù)成功后，將有利于大批量高效生產(chǎn)，并有利于產(chǎn)品性能均勻穩(wěn)定。鐵心的填充系數(shù)高，退火后工序較少，繞線可單獨(dú)進(jìn)行。產(chǎn)品分解修理也較簡(jiǎn)單。

5　幾點(diǎn)看法

(1)　卷鐵心變壓器的推廣具有較好的效果和實(shí)用性。在現(xiàn)有技術(shù)水平條件下，三相卷鐵心變壓器選用的容量一般為315kVA及以下。單相卷鐵心變壓器比傳統(tǒng)的單項(xiàng)變壓器有明顯的優(yōu)勢(shì)。

(2)　三相卷鐵心變壓器與三相疊鐵心變壓器相比，兩者沒有壓倒性的優(yōu)勢(shì)，關(guān)鍵是各有各的適用范圍。

(3)　產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)都是服從于產(chǎn)品性能指標(biāo)的，在選用產(chǎn)品時(shí)，宜規(guī)定指標(biāo)，不宜限定其結(jié)構(gòu)。

(4)　進(jìn)口鐵心材料質(zhì)量穩(wěn)定，但價(jià)格高，迫切希望國(guó)內(nèi)鋼鐵企業(yè)能提供高質(zhì)量的硅鋼片材料，以利于產(chǎn)品推廣。

(5)　卷鐵心變壓器制造企業(yè)應(yīng)繼續(xù)進(jìn)一步進(jìn)行開拓性研究，克服一系列技術(shù)問題，從推廣實(shí)踐中不斷完善提高。

(6)　某些地方存在招投標(biāo)市場(chǎng)不規(guī)范和地方保護(hù)等問題，造成一些規(guī)模小、質(zhì)量差企業(yè)的產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，不利于產(chǎn)品技術(shù)的規(guī)模化推廣。建議盡快加強(qiáng)監(jiān)管。