S11卷鐵芯變壓器的開發(fā)制造和應(yīng)用
摘要：降低變壓器的損耗，提高供配電系統(tǒng)效率，是目前世界各國關(guān)注的問題。在整個(gè)供電系統(tǒng)中，配電變壓器所占比重最大，改進(jìn)其性能，降低損耗指標(biāo)，對電力系統(tǒng)節(jié)能，提高系統(tǒng)可靠性具有重要的意義。由于卷鐵芯變壓器有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，它與傳統(tǒng)的疊片式鐵芯變壓器相比，具有重量輕，體積小，空載損耗小，噪音低，機(jī)械和電氣性能優(yōu)越，因此，在今后電網(wǎng)建設(shè)與改造中，卷鐵芯變壓器將逐步被推廣使用。
1 S11卷鐵芯變壓器的由來?
(1)概述：?
降低變壓器的損耗，提高供配電系統(tǒng)效率，是目前世界各國關(guān)注的問題。在整個(gè)供電系統(tǒng)中，配電變壓器所占比重最大，尤其在農(nóng)村電網(wǎng)中幾乎都是配電變壓器，改進(jìn)其性能，降低損耗指標(biāo)，對電力系統(tǒng)節(jié)能，提高系統(tǒng)可靠性具有重要的意義。由于卷鐵芯變壓器有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，它與傳統(tǒng)的疊片式鐵芯變壓器相比，具有重量輕，體積小，空載損耗小，噪音低，機(jī)械和電氣性能優(yōu)越，因此，在今后電網(wǎng)建設(shè)與改造中，卷鐵芯變壓器將逐步被推廣使用。?
80年代末美國、德國、日本相繼開發(fā)了卷鐵芯變壓器，最早是使用在電子變壓器上，作為復(fù)印機(jī)、計(jì)算機(jī)、卡拉OK、游戲機(jī)等高檔電子產(chǎn)品和醫(yī)療產(chǎn)品上，而后逐漸移置到電力變壓器上。卷鐵芯由硅鋼片不間斷連續(xù)卷制而成，在片形上沒有接縫，可降低噪音。開始僅有單相鐵芯，以后由單相卷鐵芯技術(shù)推廣到三相卷鐵芯制造上來。只要在兩個(gè)閉路矩形鐵芯外面，再用電工鋼帶繞一個(gè)矩形鐵芯即可以制成平面布置型的三相三柱式鐵芯。它由兩個(gè)相同的內(nèi)框和外框組成。三相卷鐵芯變壓器與單相相比，其損耗和一個(gè)噪音的降低都是不足的，但與疊片式的鐵芯變壓器相比有許多優(yōu)點(diǎn)。?
單相卷鐵芯變壓器只有一個(gè)框，鐵芯經(jīng)退火后，其工藝系數(shù)僅為1.05。三相卷鐵芯變壓器一般采用三相三柱內(nèi)鐵芯形式，鐵芯經(jīng)退火后，其工藝系數(shù)可達(dá)到1.15～1.2。?
卷鐵芯變壓器的制造過程主要由硅鋼片的縱剪、鐵芯卷制、鐵芯真空退火、線圈繞制、器身絕緣裝配、產(chǎn)品總裝配等工序組成。?
(2)國內(nèi)S11卷鐵芯變壓器的狀況：?
90年代中期我國自行開發(fā)了卷鐵芯工裝設(shè)備及制造技術(shù)，90年代后期我國一些生產(chǎn)廠家也分別從日本、瑞典等國家引進(jìn)卷鐵芯的工裝設(shè)備和技術(shù)。?
卷鐵芯變壓器的鐵芯是由厚度小于或等于0.3mm冷軋的硅鋼片,縱剪成不同寬度的條料，連續(xù)不斷卷制（中間沒有接頭）成長方形的框架，又由于硅鋼片的寬度形狀不同，繞制成型后其斷面是不一樣的。這樣卷鐵芯又可分為兩種：階梯型和R型。?
階梯型卷鐵芯變壓器和R型卷鐵芯變壓器，它們都具備卷鐵芯變壓器的優(yōu)點(diǎn)。但它們之間又有不同，如硅鋼片的利用上，梯形的要比R型的高，磁阻方面梯形的要比R型的大一些，體積上R型的要比梯形的略小，至于其他方面都不好一概而論，都有待進(jìn)一步去改進(jìn)工裝設(shè)備，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，改進(jìn)設(shè)計(jì)思路，而逐漸顯示出各自的優(yōu)勢來。?
目前我國生產(chǎn)S11卷鐵芯變壓器的廠家不過十幾家，大部分是生產(chǎn)階梯型的廠家，R型的生產(chǎn)廠家不過有幾家。卷鐵芯變壓器的產(chǎn)品除了供給國內(nèi)用戶外，有的廠家產(chǎn)品已銷往國外。?
卷鐵芯變壓器的生產(chǎn)，目前我國主要集中在10kV電壓等級，最大容量800kVA已通過鑒定，1250kVA、1600kVA已經(jīng)試制成功。?
目前電力部門采購的卷鐵芯變壓器以315kVA及以下的容量居多。?
(3)我國卷鐵芯變壓器同國外產(chǎn)品空載損耗指標(biāo)比較：?
比日本三菱公司變壓器：空載損耗降低21.8%?
比日本大阪變壓器：空載損耗降低10.3%?
比日本東芝變壓器：空載損耗降低39%?
比意大利變壓器：空載損耗降低39.6%?
比挪威變壓器：空載損耗降低36.5%?
比比利時(shí)變壓器：空載損耗降低21.2%?
比德國變壓器：空載損耗降低11.6%?
由上可知，我國目前生產(chǎn)的S11卷鐵芯配電變壓器在空載損耗方面在國際上具有領(lǐng)先地位。
2 S11卷鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝?
(1)卷鐵芯變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝：?
三相卷鐵芯變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)長方形其斷面為內(nèi)凸的鐵芯和包圍在兩個(gè)鐵芯外的其斷面為外凸的鐵芯組成。為了避免硅鋼片在卷制時(shí)過渡損傷，鐵芯窗口四角應(yīng)為圓角（一般圓角半徑大于4mm）。?
卷鐵芯變壓器將冷軋硅鋼片（厚度≤0.3mm）縱剪成不同寬度的條料，在鐵芯卷繞機(jī)上進(jìn)行卷制。?
階梯型卷鐵芯操作工藝：將所需不同片寬卷料鋼帶張緊在放料架上，拉下末級片穿過張力裝置待用。在卷繞機(jī)軸上固定好模具，保證模具斷面跳動再允許的公差范圍內(nèi)。取第一級片固定在模具上，適當(dāng)調(diào)整張力，慢速轉(zhuǎn)動兩周后放下機(jī)頭上的壓輥，便可自動繞制。卷完第一級后，剪斷第一級片，抽出第二級片與第一級對中，用第一級末兩周壓住第二級片頭進(jìn)行繞制。如此重復(fù)上述操作，直至完成單框內(nèi)鐵芯。在繞制三相外鐵芯時(shí)，先將兩個(gè)已卷好的內(nèi)鐵芯組合固定，同時(shí)測量尺寸符合要求后，再將其固定在卷制機(jī)上卷制外鐵芯。?
鐵芯卷制成型后，為了防止在退火時(shí)高溫變形，用整型機(jī)整形并用專用工裝將鐵芯夾持好，放進(jìn)退火爐（最好采用真空充氮退火爐）按照設(shè)定的程序利用計(jì)算機(jī)控制溫度曲線，自動達(dá)到降低空載損耗的目的。退火最高溫度為860℃。退火過程中要在適當(dāng)溫度下充進(jìn)氮?dú)?，以防鐵芯氧化。卷鐵芯經(jīng)良好的退火處理后，能徹底消除內(nèi)應(yīng)力，磁路各處均無高磁阻存在，故空載電流可大幅度下降，工藝系數(shù)僅為1.05左右。?
(2)線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工藝：?
卷鐵芯變壓器高低壓線圈是在鐵芯柱上直接繞制的。因此，只能采用層式或螺旋式線圈。該線圈一般不做浸漆處理，所以層間絕緣全部采用菱格點(diǎn)膠紙，高低壓間主油道采用半油道簾式撐條結(jié)構(gòu)，以保證油道間隙均勻。?
線圈繞制過程，首先把卷制合格的鐵芯固定在專用的繞線機(jī)上，并在鐵芯上繞一層緊縮帶。然后將兩半齒輪安裝在鐵芯柱上，齒輪銅套與鐵芯的定位要固定好，靠手柄調(diào)整兩個(gè)主動齒輪與繞線齒輪，使其為最佳嚙合，并保證兩端齒輪間距符合繞組軸向尺寸要求。?
在立式繞線機(jī)上繞制三相卷鐵芯變壓器，一般先從最上面鐵芯A柱(項(xiàng))開始。首先裹上內(nèi)紙筒，然后用白布帶將紙筒收緊固定在兩端繞線齒輪的凸臺上，繞線機(jī)應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。低壓扁銅線的繞制按設(shè)計(jì)要求，包好出頭絕緣（注意線圈繞向），將線圈首頭固定在齒輪上。開始繞制時(shí)，采用普通線圈"8"字綁扎法將起始扎端絕緣綁扎好，并沿圓周均勻加放4～5根軸向拉緊收縮帶。繞制時(shí)收縮帶與線匝交替上下位置，邊繞邊拉緊，使線匝緊實(shí)平整。繞制末端最后一匝時(shí)，確定好出頭位置點(diǎn)動倒車，同起頭方法包扎出頭絕緣，并將端絕緣與末匝仍用"8"字綁扎法綁好（低壓線圈首頭、末頭預(yù)留長度都是壓在預(yù)留的端絕緣處）。低壓線圈繞完后，應(yīng)測量線圈外徑，看是否符合要求。然后，按圖紙要求放置高低之間油道絕緣，繼續(xù)繞制高壓線圈。高壓線圈繞制方法與疊片式線圈繞制方法基本相同，這里不再介紹。A柱(相)線圈繞好后，上移鐵芯，依次繞制B、C相線圈。整臺線圈繞好后，用專用吊具把器身平放到裝配平臺上，抽出首頭和末頭，放進(jìn)端部絕緣并壓緊。借助吊具將鐵芯起立，裝配鐵軛絕緣，上好鐵芯夾件，壓緊線圈軸向（注意鐵芯不要壓得太緊，否則會增加鐵芯損耗）。卷鐵芯變壓器的器身裝配后成為一個(gè)牢固的整體，能耐受較強(qiáng)的短路電流引起的電動機(jī)械力。此外，為了防止線圈受潮，繞制好線圈后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行器身裝配。從繞制線圈到總裝配整個(gè)操作過程，對退火后的鐵芯要輕拿輕放，并配有必要的工裝吊具等，以保證鐵芯不受較大的振動，盡量避免裝配過程中鐵芯損耗增加。?
(3)卷鐵芯變壓器工藝性能：?
應(yīng)用特殊夾件進(jìn)行器身裝配，以保證優(yōu)于疊片式鐵芯的抗短路能力。卷鐵芯在生產(chǎn)線上進(jìn)行卷制，不需橫剪設(shè)備，消除了由人工疊片、疊裝、拆插上鐵軛造成的質(zhì)量波動。線圈不用套裝工序，器身裝配只需線圈軸相緊固，不需要對鐵芯裝配緊固，工序大為簡化。就卷鐵芯變壓器生產(chǎn)工序而言，它比生產(chǎn)同樣的疊鐵芯變壓器可減少5～6道工序，因此生產(chǎn)效率較高，質(zhì)量較穩(wěn)定可靠，很少受人為因素影響。
3 S11卷鐵芯變壓器的技術(shù)特點(diǎn)?
S11型變壓器卷鐵芯打破了傳統(tǒng)的疊片式鐵芯結(jié)構(gòu)。卷鐵芯變壓器是一種低噪音環(huán)保型、高效節(jié)能的配電變壓器，與傳統(tǒng)疊片式變壓器相比較，有 以下七個(gè)顯著特點(diǎn)：?
①硅鋼片連續(xù)卷制，鐵芯無接縫，大大減少了磁阻，空載電流減少了60%～80%，提高了功率因數(shù)，降低了電網(wǎng)線損，改善了電網(wǎng)的供電品質(zhì)。?
②連續(xù)卷繞充分利用了硅鋼片的取向性，空載損耗降低20%～35%。?
③卷鐵芯經(jīng)退火工藝后，其導(dǎo)磁性能可恢復(fù)到機(jī)加工前的原有水平。?
④卷鐵芯結(jié)構(gòu)成自然緊固狀態(tài)，無需夾件緊固，避免了因鐵芯加緊力所帶來的鐵芯性能惡化，損耗增加。?
⑤卷鐵芯自身是一個(gè)無接縫的整體，且結(jié)構(gòu)緊湊，在運(yùn)行時(shí)的噪音水平降低到30～45dB，保護(hù)了環(huán)境。因此，很適合于建筑物內(nèi)和生活區(qū)安裝使用。?
⑥卷鐵芯節(jié)約加工材料，硅鋼片無橫剪工序，邊角廢料少，材料利用率比S9型疊鐵芯變壓器高，在同容量下，鐵芯重量大約下降10%左右，節(jié)約了原材料，性能價(jià)格比有較大提高。?
⑦卷鐵芯生產(chǎn)加工機(jī)械化程度高，生產(chǎn)效率比疊片鐵芯生產(chǎn)率提高約2倍。?
卷鐵芯變壓器的缺點(diǎn)：一是鐵芯退火工藝要求較高；二是鐵芯卷繞和線圈繞制需要專用設(shè)備；三是鐵芯和繞組維修較困難。?
目前國內(nèi)采購的卷鐵芯變壓器主要是315kVA及以下容量。?
2000年，國家電力公司農(nóng)電工作部、成套設(shè)備部、電力機(jī)械局聯(lián)合召開了S11卷鐵芯變壓器應(yīng)用研討會，明確各地可根據(jù)實(shí)際情況推廣使用。
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