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摘要：介紹了三柱非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)，并與普通環(huán)氧澆注干式變壓器進(jìn)行了性能成本,經(jīng)濟(jì)效益比較。
關(guān)鍵詞：非晶合金;干式變壓器;結(jié)構(gòu)要點(diǎn);節(jié)能。
非晶合金干式變壓器是用新型導(dǎo)磁材料(非晶合金)制作鐵心的新型節(jié)能變壓器。它比用硅鋼片作為鐵心的變壓器空載損耗下降70%以上，空載電流下降80%左右，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負(fù)載率較低的地方。
1.非晶合金材料及其干式變壓器特點(diǎn)
非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的繞組及夾緊裝置所用材料與普通環(huán)氧澆注干式變壓器基本相同，但是選用的鐵心材料有著很大的差別，選用的是一種被稱為非晶合金的新型高技術(shù)產(chǎn)品。非晶合金是一種厚度為0.03mm左右很薄的磁性材料。它是一定比例的合金原料采用超急冷技術(shù)(冷卻速度107℃/s)，經(jīng)過冷卻浮筒，鑄成的帶狀薄片。與冷軋硅鋼片相比較，非晶合金材料具有五個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，但是也有五個(gè)方面缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)給變壓器的設(shè)計(jì)與制造帶來了很多困難。
五個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在：(1)各向同性的軟磁材料;(2)損耗很低，約為硅鋼片的30%;(3)電阻率高，約為硅鋼片的3倍;(4)后繼工藝處理方便(后繼處理能得到所需要的磁性);(5)制造工藝環(huán)保性好。
五個(gè)方面缺點(diǎn)是：(1)厚度很薄，材料表面的平整不理想，鐵心填充系數(shù)約為0.86;(2)硬度遠(yuǎn)大于硅鋼片，給切割和加工帶來不便;(3)必須進(jìn)行退火處理;(4)退火后材料易碎;(5)機(jī)械應(yīng)力對(duì)其性能的影響非常大。
由于非晶合金帶材成型的緣故，鐵心的截面一般做成矩形，繞組也做成矩形。在一個(gè)軛位有斷口，打開斷口套裝繞組，然后閉合斷口。鐵心采用外購(gòu)的三相三柱新結(jié)構(gòu)。由于難燃阻燃，可靠性高，免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，非晶合金干式變壓器在配電市場(chǎng)有著廣闊的發(fā)展前景。
2. 非晶合金干式變壓器設(shè)計(jì)和工藝要點(diǎn)
2.1鐵心形狀和磁密選取
三柱非晶合金鐵心形狀見圖1。鐵心的有效截面等于鐵心橫截面乘以系數(shù)，即S1=k·S，S1為有效截面，S為橫截面，k為疊片系數(shù)。不同的非晶合金鐵心供應(yīng)商提供的產(chǎn)品，其k值略有差別，由于非晶合金鐵心的填充系數(shù)較低，k值一般取0.86左右。鐵心截面選取時(shí)要考慮到磁通密度在1.3T左右，與硅鋼片的鐵心相比較低，這是因?yàn)榉蔷Ш辖鸬娘柡痛琶茉?5℃只有1.55T，而硅鋼片則有2.03T，且非晶合金飽和后損耗和發(fā)熱十分嚴(yán)重，有被單方向磁化的可能。鐵心重量GF等于內(nèi)二個(gè)框和外一個(gè)框重量。公司開發(fā)的SCBH15-2000/10產(chǎn)品，取磁密B=1.153T，單位損耗0.19W/kg。
三柱非晶合金鐵心與五柱非晶合金鐵心的比較：
三柱鐵心較五柱鐵心在重量上要輕3~5%，在整體制造所耗工時(shí)上要少，在空載損耗上略底。三柱非晶合金變壓器屬于新型式設(shè)計(jì)，而五柱非晶合金變壓器屬于傳統(tǒng)型式設(shè)計(jì)。
圖1 三柱非晶合金鐵心 圖2 高壓線圈(矩形)
2.2工藝系數(shù)和空載損耗
在變壓器制造過程中鐵心框與繞組裝配時(shí)，需要打開接縫、套裝繞組和再連接接縫等。這些使鐵心受力的操作會(huì)導(dǎo)致裝配后損耗和噪音比裸鐵心有所增加。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮這個(gè)增加值，即工藝系數(shù)�？蛰d損耗計(jì)算公式如下。
P0=1.2*1.05*1*0.19*GF
1.2—工藝系數(shù)，1.05—重量系數(shù)，1—材料系數(shù)，GF—鐵心重量。
企業(yè)的裝配工裝先進(jìn)，裝配水平高，工藝系數(shù)就低，空載損耗就低。
2.3矩形繞組
根據(jù)非晶合金變壓器的特殊要求，必須采用矩形繞組。矩形繞組與常規(guī)圓形繞組從設(shè)計(jì)、工藝上都有較大區(qū)別。設(shè)計(jì)上應(yīng)當(dāng)選取合適的繞制裕度，工藝上采取夾具整型，矩形繞組的徑向尺寸得到很好的控制。低壓線圈為箔式樹脂澆注矩形線圈，增加了抗短路能力，出線由銅排完成。
高壓線圈見圖2，為樹脂澆注矩形線圈。
2.4聯(lián)結(jié)組別的選擇
在設(shè)計(jì)四框五柱變壓器時(shí)選用Dyn11聯(lián)結(jié)較為合適，以避免諧波引起相電壓不平衡現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)三相三柱變壓器時(shí)可以選用Dyn11聯(lián)結(jié)，或Yyn0聯(lián)結(jié)。
2.5機(jī)械強(qiáng)度及抗短路能力
非晶合金干式變壓器結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的干式變壓器差異較大，由于非晶合金材料的特殊性，受外加應(yīng)力后損耗會(huì)增加60%左右，噪音也隨之增大，嚴(yán)重影響性能。因此必須保證非晶合金鐵心不受外加應(yīng)力。選擇合適的夾緊和裝配結(jié)構(gòu)。受力從兩方面考慮：靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力。靜態(tài)力考慮鐵心自重和裝配時(shí)的受力。動(dòng)態(tài)力指受突發(fā)短路的沖擊力。由于繞組采用的是相當(dāng)成熟的普通環(huán)氧澆注干式變壓器所用的環(huán)氧澆注及箔繞繞組，完全能承受突發(fā)短路的沖擊力。主要考慮采取措施使低壓繞組能自保持，盡量少地把力傳遞給鐵心。
2.6 阻抗電壓計(jì)算
矩形繞組非晶合金變壓器阻抗電壓直接計(jì)算方法。
Ux=Kx·3.95×10-5·N1I1·(a2L2+a12L12+a1L1)/(EtHx) ,%
Ua=Pk/(10×SN),%
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