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全面了解配电变压器的材料及其构造
一、硅钢片
在变压器中,对硅钢性能的要求主要是:
①铁损低,这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号,铁损愈低,牌号愈高。
②较强磁场下磁感应强度(磁感)高,这使电机和变压器的铁心体积与重量减小,节约硅钢片、铜线和绝缘材料等。
③表面光滑、平整和厚度均匀,可以提高铁心的填充系数。
④冲片性好,易于加工。
⑤表面绝缘膜的附着性和焊接性良好,能防蚀和改善冲片性。
⑥基本无磁时效。
硅钢片的分类及牌号定义
二、非晶合金铁心
非晶合金材料是20世纪70年代问世的一种新型合金材料,它采用国际先进的超急冷技术将液态金属以106℃/S冷却速度直接冷却形成厚度0.02~0.03mm的固体薄带,在它还没来得及结晶时就已经固化。该合金材料与玻璃类似呈不规则原子排列,没有金属表征的晶体结构,它的基础元素为铁(Fe)、镍(Ni)、钴(Co)、硅(Si)、硼(B)、碳(C)等。其材料具有以下优点:
a)非晶合金材料不存在晶体结构,是一种各向同性的软磁材料;磁化功率小,具有良好的温度稳定性。由于非晶合金为无取向材料,故可以采用直接缝,使制造铁心的工艺比较简单;树上鸟教育电气设计视频教程
b)不存在阻碍磁畴移动的结构缺陷,磁滞损耗要比硅钢片小;
c)带材的厚度极薄,只有0.02~0.03㎜,是硅钢片的1/10左右。
d)电阻率高,约为取向硅钢片的3倍;非晶合金材料的涡流损耗大大降低,因此单位损耗约为取向硅钢片的20%~30%;
e)退火温度低,约为取向硅钢片的1/2;非晶合金铁心空载性能优越,采用非晶合金铁心制造的变压器其空载损耗较常规变压器下降70~80%,空载电流下降50%以上,节能效果突出,目前电网公司在国家节能减排降低网络线损的目的下,国家电网和南方电网从2012年开始均大力提高了非晶合金变压器的采购比例,目前基本上非晶合金配变采购占比已达50%以上。
非晶合金变压器也存在以下几个缺点:
1)饱和磁密低,非晶合金铁心的饱和磁密
通常在1.56T左右,较常规硅钢片1.9T的饱和磁密相差20%左右,故其变压器设计磁密也同样需要下降20%,非晶合金油变的设计磁密通常在1.35T以下,非晶合金干变的设计磁密通常在1.2T以下。
2)非晶合计铁心带材受应力影响敏感,其铁心带材受到应力后,空载性能容易劣化,故在结构上要特别注意,铁心应采用悬挂方式落在支撑框架和线圈上,整体仅承受自身重力,同时,装配过程中需特别注意,铁心不能受力,要减少敲打等方式。
3)磁致伸缩较常规硅钢片大10%左右,故其噪声较难控制,这也是限制非晶合金变压器广泛推广的主要原因之一,目前,南网和国网招标中均对非晶合金变压器的噪声提出了较高要求,分为敏感区和非敏感区,并有针对性的提出了声级要求,这就要求更进一步降低铁心设计磁密。
4)非晶合金带材较薄,厚度只有0.03mm,故无法向常规硅钢片那样做成叠片形式,只能制作成卷铁心形式,故其铁心结构常规变压器厂家无法自行加工,通常需整体外购,对应于卷铁心带材的矩形截面,非晶合金变压器的线圈通常也做成矩形结构;
5)国产化程度不够,目前主要还是进口日立金属的非晶合金带材为主,正在逐步实现国产化,国内已有安泰科技和青岛云路等具备非晶合金宽带(213mm、170mm和142mm),且其性能较进口带材在稳定性上还存在一定差距。
6)最大带长限制,前期非晶合金带材最大外周带长由于退火炉尺寸的限制,其长度也受到了较大限制,不过目前已基本解决,可制作最大外周带长10m的非晶合金铁心框,可用于制造3150kVA及以下非晶合金干变和10000kVA及以下非晶合金油变。
基于非晶合金变压器的优秀节能效果,再加上国家节能减排以及一系列政策的促进,非晶合金变压器市场占有率越来越大,并且,考虑到非晶合金带材(目前为26.5元/kg)价格是常规硅钢片(30Q120或30Q130)的两倍左右,与铜差距相对较小,再考虑到电网产品的质量和招标要求,故,非晶合金变压器通常采用铜导体。与常规硅钢片相比,非晶合金变压器成本主要差距如下:
1)由于采用卷铁心结构,故变压器铁心型式宜采用三相五柱结构,这样可以减少单框铁心重量,减低装配难度,三相五柱结构和三相三柱结构从成本上各有优劣,目前大部分厂家采用三相五柱结构。
2)由于心柱截面为矩形,故为了保持绝缘距离上的一致,高低压线圈也对应的制造成矩形结构。
3)由于铁心设计磁密较常规硅钢片变压器低约25%,且其铁心叠片系数大约在0.87左右,较常规硅钢片的0.97要低许多,故其设计截面积需要较常规硅钢片变压器要大25%以上,对应的其高低压线圈周长也要随之增加,同时,还需要考虑高低压线圈线匝长度的增加,若要保证线圈的负载损耗不发生变化,其导线截面积则需要对应的有所增加,故,非晶合金变压器的铜用量较常规变压器要多约20%。
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