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非晶合金配电变压器铁芯制备新技术研究

发布时间:2022-06-30 11:48:24

  一、新型搭头结构非晶铁芯

  传统的非晶铁芯由于受剪切设备、带材成卷方式等因素的影响,非晶铁芯搭头结构基本为每组30 片叠片,相应的搭头区域缝隙较大,存在漏磁现象,致使非晶铁芯的空载电流和激磁功率较大,影响变压器性能。随着市场对非晶合金变压器的损耗和噪音提出了更高的要求,常规结构的铁芯已经无法满足不断改变的现状,通过软件升级、设计优化、设备改造等途径开发了新型搭头结构的非晶铁芯。它的主要特征为降低每组的带材片数,即由原先的30 片/ 组改为15 片/ 组,进而增大搭接区域接触面积、减小搭接缝隙,使铁芯搭接部位的磁

  阻变小,减少励磁时的漏磁现象。

    表2 200kVA非晶铁心性能数据对比表.png

  表l 列出7200kVA 规格非晶铁芯不同组片方式的电磁性能,从中可以看出降低带材片数后,该批次铁芯损耗平均值由0.16W/kg 下降到0.15W/kg,激磁平均值下降幅度更为明显,由0.29VA/kg 下降到0.22VA/kg,改善幅度达到24%。同时,从损耗与激磁性能的最大值最小值来看,采用新型搭头结构铁芯后性能波动范围也变小,可见降低铁芯每组的带材片数可以有效改善铁芯性能,建议结合铁芯的加工效率实际情况可以采用10 片/ 组或5 片/ 组的搭头结构。

  二、新型端面结构非晶铁芯

  由于非晶合金带材硬度高,厚度薄,且经热处理后非晶片变脆,所以无论是在生产装配,还是非晶合金变压器的使用过程中,都会不可避免的产生一些碎片,若不加以控制,则在变压器运行时,随变压器油绝缘散热循环流动的非晶碎片就有可能导致线圈短路等问题并烧坏变压器,对非晶变压器本身的性能及可靠性都有较大的影响。

  为了固定非晶铁芯的形状及防止非晶碎片落入变压器线圈中导致短路故障,常规非晶铁芯,一般都在两侧端面涂覆一层厚度约1 毫米的软性胶水。但由于软性胶水粘结强度弱,在铁芯成型拆除模板后,非晶片间易造成开裂;同时运输过程中,易使铁芯窗口变形;在变压器器身装配时,由于铁芯较软,使得装配操作较为困难,而且铁芯搭接部位打开后,铁芯芯柱有开裂的风险。

  为了改善上述问题,开发了一种新型端面结构的非晶铁芯,在非晶铁芯搭头部位以上u 型区域涂覆环氧树脂和软性胶水形成混合端面结构。采用混合型端面涂层结构的铁芯,可以增强非晶片问的粘结强度,防止拆除模板后的开裂,同时可以保证铁芯在运输过程中不变形,保持良好的矩形窗口,从而有利于产品性能的稳定:同时靠近铁芯搭接区域的薄环氧树脂涂层确保了器身装配的便捷性,避免芯柱开裂,提高器身装配效率。

  三、表面包覆非晶铁芯

  非晶合金的磁致伸缩系数比硅钢片高约10%,由磁致伸缩引起的非晶铁芯振动所受的约束比较小,振动量级相对较大,相应产生的噪声也较大,尤其是对于干式非晶合金变压器,由于缺少了变压器油箱的噪声阻隔措施,噪音相对较高;因此,随着人们对友好环境的要求愈来愈高,变压器设计人员一直在寻求各种降低非晶合金变压器噪声的途径与措施,其中对非晶铁芯进行外围表面包覆就是~种比较有效的方法。由于隔音毛毡为化纤成分,易与变压器油发生化学反应,对变压器油介损产生负面影响,因此它不再适用于油浸式变压器。还有一种用于油浸式变压器的消音纸包覆铁芯结构,其基本特征为在铁芯主体搭头结构以外区域的端面与侧面均匀齐整地包裹一层消音纸。由于特定成分的消音膜层阻断了噪声的传播路径,可在一定程度上改善变压器的噪音。

  其操作优点是铁芯退火冷却后端面无需涂覆环氧树脂,省去了双面环氧涂覆、翻身及环氧固化的时间,减少了工序。不足之处在于与毛毡包覆铁芯相比,要在铁芯端面、侧面均包裹消音纸,操作过程需要处理的棱角较多,加工效率相对较低,同时还要考虑消音纸的成本问题。

          图1 非晶铁芯的空载损耗变化曲线.png

                               图1 非晶铁芯的空载损耗变化曲线

         图1非晶铁芯的空载损耗变化曲线.png

                              图2    非晶铁芯的空载损耗变化曲线


  四、高饱和磁密非晶铁芯

  图1给出的是某规格变压器宽窗1:3HBlM 非晶铁芯的空载损耗变化曲线,同时与SAl 非晶铁芯性能做了对比。从中可以看出,不同磁密下两种铁芯的空载损耗变化趋势是一致的,且SAl 非晶铁芯性能略优于HBlM,在1.46T 磁密下SAI 非晶铁芯空载损耗为0.242W/kg,HBlM 非晶铁芯空载损耗为0.244W/kg,两者基本接近,也完全满足变压器的设计要求。相同铁芯的激磁功率变化曲线如图2 所示,从中可以看到,在设计磁密小于1.35T 时,两种型号的铁芯激磁功率基本处于相同水平,超过1.45T 后,SAl 型铁芯性能急剧恶化,而HBlM铁芯依然保持较低的水平,性能在超过1.5T 磁密才开始恶化。在1.46T 磁密时sAl 铁芯的激磁功率为0.92VA/kg,而HBIM 铁芯的激磁功率仅为0.43VA/kg,相当于在高磁密下具备很低的空载电流。因此,HBlM 型非晶铁芯与SAl 型相比空载损耗处于相当水平,而激磁功率具备明显优势,因此利用HBIM铁芯制备的变压器将会具备很低的空载电流与噪声水平,同时具有良好的抗过载能力。

  结论

  总之,节能减排、低碳环保已成为国家电力行业发展的基本方针,大力推广高效节能非晶合金配电变压器已是大势所趋。如何研究运用其核心部件——非晶合金铁芯的各种新技术新结构,必须结合各自企业的自身情况灵活掌握,进而开发出更为节能更为环保的新一代产品,推动这一高新技术产品的普及应用。


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