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一种可有效节约变压器用材成本的硅钢叠铁心方形铁心轭结构

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-03-18  浏览次数:2434
近年来,我国电力需求增长迅速。电网的高速建设和投资拉动了输变电设备的市场需求。市场对配电变压器的需求随着电网的高速建设快速增长。但是,变压器在运行过程中受磁力、电场力、外部作用力等影响,在发生二次侧短路故障时,变压器的短路电流为额定电流的25~30倍,危及变压器的安全运行。国家标准《电力变压器能效限定值及能效等级》(GB 20052—2020)的颁布,对变压器制造企业的生产成本和制造方案提出了更高要求。

1.变压器主要材料作用、材料成本及其所占比重
变压器制造材料主要由铁心、绕组、变压器油以及钢板组成。其中,绕组分为高压绕组和低压绕组,材料为无氧铜。高压绕组和低压绕组套在铁心柱上,由于缠绕匝数不同,通过电磁感应原理将磁能转化为电能,实现变压器电压、电流的转换。铁心是变压器的骨架,起到支撑绕组的作用,是变压器磁能的来源,材料为高导磁硅钢片。变压器油即矿物质油,在变压器的生产使用中起绝缘和散热作用。钢板主要是夹紧变压器铁心的夹件和容纳变压器油的油箱,起到紧固变压器铁心和容纳变压器油的作用。钢板材料型号主要为Q235钢材。

某企业变压器实际生产的型号为S20-M-100和S20-M-200。变压器材料成本及其比重,如表1所示。变压器绕组(铜)和变压器铁心(硅钢)的材料成本占变压器材料总成本的比重最多,其中绕组(铜)材料成本所占比重最大,超过55%。可见,绕组材料成本对变压器的整体制造成本起决定性作用,因此如何减少绕组材料成本即铜的用量对降低变压器制造企业的生产成本具有重要的实际意义。

表1 某企业变压器材料成本及材料成本比重表


2.硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器的结构设计

硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器与常规变压器最大的不同在于铁心轭为方形结构。铁心轭的主级与最末级的宽度相等,为长圆形结构。而常规的变压器铁心轭为类圆形。硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器整体布局的优势在于通过旁螺杆和拉螺杆将L形上夹件、U形下夹件、钢挡板紧固成一个整体,以增强变压器抗轴向短路力、辐向短路力的能力。



图1 硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器整体布局

为与硅钢叠铁心方形铁心轭结构相匹配,研发人员提出一种全新的上夹件L形结构、下夹件类U形结构用于方形铁心轭的夹紧与上下紧固,结构样式如下。

同时还提出一种新的整体铁心轭绝缘压板结构来压紧变压器绕组。与常规的分开式铁心轭绝缘结构不同的地方在于压板结构为一个整体,可以更好地承受来自绕组的轴向短路力。铁心轭绝缘压板整体铁心轭绝缘压板用10 mm厚的层压木制作而成,同时在其上若干部位开槽(槽深4 mm、槽宽10 mm)用来导油。铁心轭绝缘压板为一个整体,比常规的分体式压板结构紧凑,抗短路能力更强。

3.硅钢叠铁心方形铁心轭结构能效变压器与常规类圆形铁心轭结构变压器的材料对比
通过理论计算在同经验系数、同制造工艺的基础上,对型号为S20-M-100的变压器进行成本对比,结果如表2所示。通过材料对比表可知,对于同经验系数、同制造工艺的基础上相同型号和容量的叠铁心变压器产品,硅钢叠铁心方形铁心轭结构比类圆形铁心轭结构成本减少693元,占类圆形铁心轭结构总成本的4.34%,节省材料成本效果明显。



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