铁心叠积方式对空载损耗的影响.pdf

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1、A“#$%*+$, -“);./%;0/1-+1/23$收稿日期:2006-04-10作者简介:司道浩(1973-),男,江苏沭阳县人,吴江市变压器厂有限公司技术部副部长,工程师,从事电力变压器设计与开发工作。铁心叠积方式对空载损耗的影响陆 瑾!周晓凡!上海电力变压器修造厂有限公司, 上海!“#$%“摘要:介绍了用铁心多级接缝叠积方式降低变压器空载损耗的机理,提出了合理的铁心接缝结构关键词:变压器;空载损耗;铁心叠积;交错接缝;多级接缝中图分类号:TM402文献标识码:B文章编号:1001-8425(2006)07-0016-031 概述目前电网上运行的变压器负载率普遍不高,即轻载比满负载运行

2、时间长, 因此空载损耗占变压器总损耗的比重较大。降低空载损耗能节约大量能源,缓解目前原材料供应紧张的局面。 影响变压器空载性能的因素很多,如硅钢片的材料性能、加工工艺及装备、铁心的结构形式等。我们不仅能通过改善材料的性能来降低空载损耗, 还可以通过对铁心叠积结构进行改进,达到这一目的。铁心叠积形式由原来的对装式发展到叠装式,叠装式由直接缝发展到全斜接缝, 全斜接缝由交错接缝发展到现在的多级阶梯叠(即多级接缝)。 实践证明, 多级阶梯叠在降低空载损耗方面的作用十分明显。2 铁心叠积方式对空载损耗的影响2.1理论分析变压器铁心损耗与局部磁通密度分布密切相关。特别是受接缝间隙的影响,引起局部磁通密度

3、升高,导致局部损耗增加, 因此减小这种影响是降低空载损耗的一个有效途径。传统的交错接缝形式,其两个对应的接缝间隙跨接一层叠片,磁通沿着45角接缝通过,接缝处的截面为铁心截面的2!倍, 则接缝处的磁通密度BVW2! 2Bc(Bc为铁心中柱磁通密度)。 铁心接缝处磁通分布如图1所示,其中细实线表示一条磁力线,虚线表示半条磁力线。 每层硅钢片里的磁通原为一条磁力线,由于空气间隙的磁阻比硅钢片高几千倍,因此叠片中磁通很大部分从接缝相邻的叠片中通过。在接缝区两个接缝间硅钢片的磁通密度为:第!“卷第#期 $%A?;-;()*!“ +,)-.(*# $%&陆瑾、 周晓凡： 铁心叠积方式对空载损耗的影响第7期

4、图2铁心三级接缝Fig.2Three-class joint in core图1铁心交错接缝Fig.1Alternating joint in core图3铁心五级接缝Fig.3Five-class joint in core如果采用图2所示的三级接缝，其两个对应的接缝间隙跨接两层叠片，在两层跨接叠片中的磁力线为3条，则在接缝区两个对应的接缝间硅钢片的平均磁通密度为：B3=3BG 2=32! 2Bc2=3 42!Bc（2）如果采用图3所示的五级接缝，其两个对应的接缝间隙跨接四层叠片，在四层跨接叠片中的磁力线为5条，则在接缝区两个对应的接缝间硅钢片的平均磁通密度为：B5=5BG 4=52! 2B

5、c4=5 82!Bc（3）由此得出局部磁通密度与接缝级数的关系为：Bn=2!n 2(n-1)Bc（4）式中Bc铁心中柱磁通密度n铁心接缝的级数由于铁心中的单位损耗近似与磁通密度的平方成正比， 即PoKB2（5）将式 （4） 代入式 （5） 后得， 接缝区叠片中的局部损耗Pn与接缝级数n的近似关系为：Pn=KBc2n2 2(n-1)2（6）式中K与硅钢片特性有关的系数当变压器的工作磁通密度为1.7T时，由式 （1）得出交错接缝跨接叠片中的磁通密度为2.4T。通过硅钢片的磁通密度达1.9T时已经饱和， 有一部分磁通被迫通过接缝间隙。 由式 （2） 得出三级接缝跨接叠片中的磁通密度为1.8T， 由式

6、 （3） 得出五级接缝跨接叠片中的磁通密度为1.5T， 接缝间隙中很少有磁通通过。用同样方法， 对4、6级接缝进行分析， 列表比较如表1。由表1不难看出， 变压器铁心接缝级数越多， 接缝区的局部损耗越低，但是局部损耗的降低幅度越小， 而铁心叠片种数、 硅钢片剪切和铁心叠装工时及铁心叠片的工艺难度将随着接缝级数的增加而增加， 如表1所示。 七级接缝的磁通密度比五级接缝仅降低6%， 但铁心叠片种数将增加两种， 其硅钢片的工艺操作复杂、 难度高。2.2产品空载性能验证考虑到随着级数的增加，硅钢片剪切和铁心叠装工时都相应增加， 叠片工艺性变坏， 根据目前的生产条件及表1所示的接缝处磁性能数据，采用三级

7、接缝和五级接缝是改善交错接缝铁心的较理想选择。 铁心为三阶梯形， 由图4的三种型式叠片轮流叠成； 铁心为五级阶梯形， 由图5的五种型式叠片轮流叠成。2.2.1交错接缝和三级接缝空载性能比较以我公司SZ9-20000/35电力变压器为例， 使用相同的材料、 设计和结构， 对8台SZ9-20000/35变压器（其中4台采用交错接缝，4台采用三级接缝） 实测值进行比较， 空载性能数据见表2。表1接缝处磁性能数据Table 1Magnetic data in joint级数234567Bn/Bc1.411.060.940.880.850.825降低/%02533384041.5注： 降低百分数率以交错

8、接缝为基准。图4铁心三级接缝的叠片组成Fig.4Lamination of three-class joint in core17第43卷图5铁心五级接缝的叠片组成Fig.5Lamination of five-class joint in core表2SZ9-20000/35电力变压器的空载性能Table 2No -load data of SZ9 -20000/35 powertransformer接缝级数序号空载损耗/kW空载电流/%交错接缝112.6950.13212.6630.13312.5910.12412.7170.14平均值12.6670.13三级接缝511.6310.0861

9、1.6770.08711.6150.08811.5200.08平均值11.6110.08铁心三级接缝每级只比交错接缝增加中柱一种片形， 片数为中柱的。 硅钢片剪切和铁心叠装工时增加很少， 工艺难度不高。 铁心三接缝的空载损耗比交错接缝降低了8.7%， 空载电流下降了将近40%2.2.2五级接缝和三级接缝空载性能比较以我公司使用相同材料、设计和结构的SZ9-31500/35电力变压器为例，对6台SZ9-31500/35变压器（其中2台采用三级接缝，4台采用五级接缝） 的实测值进行比较， 空载性能见表3。铁心五级接缝每级只比三级接缝增加中柱一种片形， 片数仅为中柱的2/5。硅钢片剪切和铁心叠装工时

10、增加很少，工艺难度和三级接缝相差无几。铁心五级接缝的空载损耗比三级接缝降低了6.3%， 空载电流下降了25%。3 结论多级接缝铁心能较好地改善铁心在接缝区的磁性能， 起到了节约能源， 提高供电质量的效果。 目前，三相三柱式铁心采用五级接缝是较理想的，它能较大幅度降低空载损耗， 而操作工艺性能也比较简单，叠片时稍加注意即可。 尤其是在当今材料、 能源紧张的条件下，采用这种叠积方式可明显降低能耗和材料消耗。表3SZ9-31500/35电力变压器的空载性能Table 3No-load data of SZ9-31500/35 powertransformer接缝级数序号空载损耗/kW空载电流/%三级

11、接缝120.4720.10220.4760.10平均值20.4740.10五级接缝319.2050.08419.1990.08519.3070.07619.0100.07平均值19.1800.0075Influence of Different Relative Joint-Positions of Core Lami- nations on No-Load LossLU Jin& ()U *i+,- -+n（Shanghai Power Transformer Repair & Manufacture Works Co.,Ltd., Shanghai 200436, China）Abstra

12、ct：The principle to reduce no-load loss in transformer by multi-joint lamination method isintroduced. The reasonable joint structure in core is presented.Key words：Transformer；No-load loss；Core lamination；Alternate joint；Multi joint收稿日期：2005-11-11作者简介： 陆瑾 （1975-） ， 男， 上海市人， 上海电力变压器修造厂有限公司工程师， 主要从事变压器设计工作；周晓凡 （1963-） ， 女， 上海市人， 上海电力变压器修造厂有限公司总工程师， 高级工程师， 主要从事电力变压器技术工作。18