干式非晶合金變壓器鐵心結構與性能分析

馬　驍　孟　波　吳玉坤（中國能建集團裝備有限公司，北京 100044）

干式非晶合金變壓器鐵心結構與性能分析

馬驍孟波吳玉坤
（中國能建集團裝備有限公司，北京 100044）

對于干式非晶合金變壓器而言，其鐵心結構與性能密切相關。性能高、空耗低的干式非晶合金變壓器不僅能耗低，還具有噪音小的優勢。本文主要從占地面積、重量、磁通分布的角度來分析了干式非晶合金變壓器鐵心結構與性能，并通過實例分析來說明其在工業化生產中的應用價值。結果表明，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低，優于三相五柱變壓器。

干式非晶合金變壓器鐵心結構性能

三相三柱式、三相五柱式是非晶合金變壓器鐵心兩種結構形式，本文主要是對比了這兩種鐵心的占地面積、重量、磁通分布，既介紹了其結構，又對比分析了他們的性能。

1　占地面積、重量比較

三相五柱式鐵心由四個鐵心組成，兩邊是兩個小鐵心，中間是大鐵心，共四個框，五個柱，所以三相五柱式鐵心又稱作四框五柱式鐵心，其結構如圖1所示。

圖3　三相五柱變壓器鐵心內磁通分布

在疊度方面，四個鐵心一樣。在窗寬方面，旁軛小鐵心略小。旁軛小鐵心窗寬

其中：d指的是鐵心疊厚；Mo指的是兩鐵心柱中心距；r指的是三相繞組相間距離。

三相三柱式鐵心由兩小、一大三框鐵心組成，大鐵心包著兩框小鐵心，共三個柱，其結構如圖2所示。在疊毒方面，三個鐵心一樣。

根據相同的原則對三相五柱式非晶合金變壓器、三相三柱式非晶合金變壓器進行電磁參數的計算。對于這兩種不同結構的鐵心，如果其性能相同，兩種鐵心的窗高、疊厚、窗寬、心柱截面積和帶材片寬等結構參數是一樣的，但其重量以及占地面積是不同的［1］。對圖1、圖2進行對比可知，三柱鐵心比五柱鐵心多了一上一下兩個鐵心疊度、少了將近一個Mo，因此五柱鐵心的占地面積更大［2］。同樣，經過計算，我們會發現，五柱鐵心的重量更大。那么，在鐵心截面相同時，由于鐵心重量增加，三相五柱非晶合金變形器的空載損耗能更大。

圖4　三相五柱變壓器鐵心內磁通的關系

圖5　三相三柱變壓器鐵心磁場分布

表1　實驗結果與產品的設計值、國家標準比較

2　磁場分布比較

三相五柱非晶合金變壓器鐵心的磁通分布如圖3所示。用等效正弦波分析，可得：ΦA+ΦB+ΦC=0，Φ1+ΦA+ΦB+ΦC+Φ4=0，經進一步運算可得：Φ1=-Φ4，這說明兩個邊柱之間的磁通方式是相反的、大小是相等的。

由圖4可知，Φ1+ΦA=Φ2；Φ2+ΦB=Φ3；ΦA+ΦB=ΦC；經進一步運算可得：Φ3-Φ1=ΦC。因為Φ1=-Φ4，所以Φ3+Φ4=ΦC。這說明磁通Φ1、Φ2、Φ3和磁通ΦA、ΦB、ΦC之前是相電壓與線電壓的關系。受到制作工藝以及鐵心材料的限制，鐵心鐵軛及旁柱截面不會超過心柱截面的 1/2［3］。在這種情況下，設鐵軛及旁柱與鐵心柱形成的是正弦磁通波，則前者的磁通是后者的1/［4］，這就導致三相五柱式非晶合金變壓器上、下鐵軛局部磁密過高。

在圖5中，左圖是B 相繞組電壓到達幅值時的磁力線分布，中圖是B 相繞組電壓過零時的磁力線分布，右圖是磁密的云圖分布。從中可以看出，三相三柱非晶合金變壓器鐵心鐵軛磁密過高現象只會出現在拐角處，且密度低于三相五柱非晶合金變壓器。實驗結果表明，三相五柱非晶合金變形器的空載噪音更大，也經再次證明其空載損耗更高（能量守恒，同樣的功效，噪音越大，能耗越高，因為噪音也會產生耗能）。

3　實例分析

某公司生產的干式非晶合金變壓器，其在型式試驗、聲級測定、例行試驗、短路承受能力試驗、局部放電測量中的各項參數和指標均達到了國家變壓器質量監督檢驗中心的要求，樣品試驗合格。產品的設計值、標準值和試驗數據見表1。

該干式非晶合金變壓器掛網運行多年，據客戶反饋，其運行安全可靠、損耗小，噪音低，很好地滿足客戶的要求。

4　結論及建議

通過對占地面積、重量、磁場分布進行比較發現，本文發現，三相三柱變壓器的鐵心占地面積更少、重量更輕、磁場分布更均勻，空載噪音、空載損耗更低。實例分析也再次佐證了上述觀點，建議可適當多采用三相三柱變壓器。

［1］季愛暉，蔡定國，龍麗瓊，等.三相五柱式非晶合金變壓器磁路及其性能參數分析［J］.變壓器，2009，46（10）:14-17.

［2］謝毓城.電力變壓器手冊［M］.北京:機械工業出版社，2003.

［3］周賢土.非晶合金材料變壓器（上）［J］.變壓器，1996，33（10）:15-18.

［4］雷全賢.箔式繞組樹脂澆注干式變壓器的技術特點［J］ .變壓器，1997，34（9）:12-17.