10kV S11系列低损耗节能变压器技术参数
高压：10(6、6.3、10、10.5、11) 低压：0.4kV 联结组：Y.yno 或 D.yn11 调压范围：±5%或±2×2.5%
S9系列10kV配电变压器技术参数
低损耗卷铁芯变压器
摘要：该文详细分析了卷铁芯变压器的结构，重点介绍了三角形卷铁芯变压器，说明其节能、防盗、低噪音和抗短路能力强的特点，并就推广应用的经济性加以研讨。
关键词：卷铁芯；变压器；结构；性能；经济性
积极推广低损耗的配电变压器，对节能降耗，降低线损率，提高电网运行的经济性具有重要意义。我国1997年开始全面推广S9系列变压器，取代S7系列老产品，取得了显著的节能效果。近几年，S11型平面卷铁芯变压器得到广泛应用，实践证明其节能、环保效果显著。
S11型平面卷铁芯变压器与平面叠铁芯变压器相比外形结构没有变化，仍不是最佳的结构形式。在其基础上开发的三角形立体卷铁芯变压器实现三相磁路完全对称，所以空载性能更优良，抗短路能力更强，体积小是最新一代节能产品。
1 平面卷铁芯变压器
1.1 优点
铁芯是由专用的设备将硅钢片从窄到宽的各级连续卷制而成，并经过退火处理。
采用完全退火工艺，能彻底消除机械加工中产生的内应力，彻底恢复晶格原形，改善材料的电磁性能，使硅钢片原有导磁性能得到恢复，使磁路各处均无高磁阻存在。
封闭的铁芯框没有叠铁芯的空气气隙，能充分发挥硅钢片的晶粒取向性，所以使得变压器空载性能比叠铁芯优越很多，且噪音降低。S11型平面卷铁芯变压器较S9叠铁芯变压器空载电流下降80%，空载损耗可降低30%，噪音下降10dB左右。
参数相同的情况下，卷铁芯没有多余的角部重量和横剪时“V”口废料，比叠铁芯节约材料5%以上。
生产机械化程度高，不需要横剪、人工叠片、拆插铁轭等手工操作，质量易控制。
1.2 结构缺陷
无论是卷铁芯还是叠铁芯的平面形变压器，三相磁路中A-C相之间的耦合磁路，显然要比A-B相、B-C相的磁路长1/3～1/2（见图1），使得A-C相的磁阻较大，A、C的相电压会降低，影响三相电压的平衡。这种磁回路上的不平衡对于平面形变压器来说是无法克服的结构缺陷。
图1 平面形铁芯结构
2 三角形卷铁平面形铁芯变压器
变压器发明不久，人们就认识到能实现三相磁路完全对称的结构才是“最理想的变压器结构”。只是因为技术发展水平所限，这一理想结构一直没能形成工业化生产。
随着卷铁芯技术工艺的不断成熟，我门考虑三相等长磁路的几何方框特点，把平面形卷铁芯的内外框改成窗口尺寸与内框相同的三只相同框，每框的截面仍为半圆形的，关键是截面上的直径与心柱中心连线的夹角由90°扭转成30°（见图2），三框拼合在一起，就成为对称的立体三角形卷铁芯结构，实现三相磁路完全对称等长。这样的截面形式，要是通过手工叠制很难形成工业化生产。
图2 三角形铁芯及单框
2.1 三角形铁芯的优点
铁芯绕制紧密，有平面形卷铁芯的所有优点。
AC相间铁轭部分缩短，实现三相磁路完全对称等长，且节材效果明显。
三框独立卷制、退火和拼装。体积减小、操作轻便，省工省时。
拼合的两框中间涂以专用胶，粘接牢固后的剪切强度≥20MPa，保证三框成一体不产生相互位移，增加机械强度和抗短路能力，噪音更低。通过权威部门检测S11-M.RL- 200 kVA变压器只有36.4dB，而国标要求为≤54dB。
2.2 器身抗短路能力强
器身结构决定了它抗短路能力比平面形变压器好，原因如下。
三相受力均匀对称。这主要体现在B相，平面形变压器的夹件和压紧垫块主要在铁芯两侧布置，铁轭下B相线圈的大部分端面不能被很好地压紧，受力情况较A、C相差。这也是配电变压器二次侧突发短路事故中，往往B相线圈损坏最重的原因。而三角形卷铁芯变压器的器身装配，框件和垫块分布在器身周围，中央用三角形铁压板压紧垫块，三相受力情况对称相同（图3）。
图3 三角形与平面器身布置比较
线圈被压面积增加三角形卷铁芯铁轭为半圆形倾斜30度，厚度为芯柱直径的0.75倍，线圈端部露出面积增大，使压紧垫块能更方便的沿圆周均匀分布。以315kVA的铁芯直径为例，三角形布置线圈被压的面积比平面形布置线圈被压面积增加 15.7 % 。
框架强度好三角形变压器的夹件为三角形框架结构，焊接成一体，由于三角形的稳定性，所以整体强度大，使三相受力一致。
3 S11变压器应用三角形卷铁芯的效果
3.1 节能
变压器的空载损耗是只要通电就会发生损耗。该损耗的降低，对供用电部门来说就是降低了成本，对国家来说就是节约了能耗。
S11变压器与S9变压器相比：
空载电流平均下降80%，可以降低电网无功损失，改善电网供电质量；
空载损耗平均下降30%，以315kVA变压器为例，其空载损耗分别为0.68kW和0.48kW，变压器全年实际运行时间按8600小时计算，则10年少损失电量为10×8600×（0.68-0.48）=17200 kWh。以一个中等城市5000台 315kVA配电变压器计算，可节约 86GWh，节能效果非常显著。
3.2 防盗
叠铁芯变压器由于技术上的原因而易于失窃。拆开器身的紧固件，将变压器的硅钢片敲落，此时变压器的3个绕组与硅钢片当即分离，就可以轻而易举地将硅钢片、线圈等有价值的材料窃取运走。
由于卷铁芯变压器的铁芯是一个整体，铁芯敲不散，线圈取不下来。把整体铁芯和线圈搬走，也是相当困难的，因为1台100 kVA的变压器重量为400kg，200kVA的变压器重量为650kg。不容易将硅钢片、铜线等有使用价值的物件分离。所以，卷铁芯变压器具有较好的防盗性。
3.3 节省材料
三角形卷铁芯AC相间磁路在铁轭部分较平面形铁芯缩短1/2，而轭的面积是每相柱截面的1/2，在铁芯的直径、窗口等参数相同的情况下，与平面形卷铁芯相比铁轭部分的重量减轻1/4。铁轭与芯柱的重量比一般为2∶3，所以铁芯的总重量理论上应减轻约10%，如设计时适当提高三角形卷铁芯的磁通密度，使铁芯的单位重量损耗提高，这样空载损耗达到与平面形卷铁芯相同。而线圈匝数与磁通流量成反比，提高铁芯的磁通流量，就可以减少导线匝数，节约铜线的重量，使整台变压器的成本进一步降低。
以10kV、315kVA变压器为例，对S9叠铁芯、S11平面卷铁芯、S11立体卷铁芯变压器的性能、材料进行对比列入表1。三角形S11-M.RL-315/10与平面S11-M.R-315/10相比较，铁芯重量下降 15.6%，铜材重量下降9.7%，总重下降11.9%。可见，S11立体三角形变压器成本降低明显，节材效果显著。
4 结束语
通过近几年的挂网运行，S11卷铁芯变压器运行状况良好，证明其技术工艺已经成熟，尤其是S11三角形卷铁芯变压器节材、节能、环保和抗短路能力等效果突出。可以预期，积极推广使用低损耗卷铁芯变压器是城乡配电网发展的技术方向，前景广阔。
表1 10kV 315kVA变压器三种型号对比表
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