非晶合金立體卷鐵芯變壓器技術特性淺析

龍麗瓊 劉長英

（海鴻電氣有限公司，廣東江門529339）

0 引言

在國家節能環保的政策支持下，非晶合金變壓器在配電領域得到了廣泛運用。隨著技術水平的不斷提升，配電領域的新秀——非晶合金立體卷鐵芯變壓器技術得到了飛速發展，目前有兩類產品，一是閉口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器，二是開口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器。近年來，非晶合金立體卷鐵芯變壓器備受關注，也有一些公眾平臺發表了相關文章，市場上也希望更加深入地了解這種變壓器。

我公司作為閉口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的首創者，是目前最大的非晶合金立體卷鐵芯變壓器生產廠家，也是在世界范圍內推動立體卷鐵芯技術發展的主要廠家之一，擁有超過10年的硅鋼立體卷鐵芯變壓器生產歷史，目前具備110 kV及以下電壓等級的立體卷鐵芯技術。

本文將根據參加2017年德國漢諾威電工博覽會的資料、自身的制造經驗以及數萬臺產品的運行實踐，來談談閉口式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的特性，以及它和非晶合金平面卷鐵芯變壓器的區別。

談到立體卷鐵芯，相關人士一般都會了解硅鋼立體卷鐵芯變壓器和硅鋼平面鐵芯變壓器的差別[1]。立體卷鐵芯以其完美的結構給變壓器帶來了一系列優勢，是傳統平面鐵芯變壓器難以比擬的，現在國家電網和南方電網的招標中一般都會注明優選卷鐵芯。但非晶合金立體卷鐵芯變壓器與非晶合金平面卷鐵芯變壓器的區別卻和硅鋼立體卷鐵芯變壓器與硅鋼平面鐵芯變壓器的區別不盡相同。

1 非晶合金立體卷鐵芯變壓器特點分析

非晶合金立體卷鐵芯變壓器主要有以下優點：

1.1 鐵芯強度高

如圖1所示，非晶合金立體卷鐵芯采用三個單框組成，每個單框由非晶帶材連續卷繞而成，非晶帶材之間卷繞緊密，閉口結構，不存在搭接和搭接氣隙。鐵芯采用整體固化技術，固化后，鐵芯形成一個完整的剛體，強度高，在生產過程中鐵芯不需要再打開裝配，幾乎不產生碎片。

相對來說，非晶合金平面卷鐵芯，無論是三框三柱還是四框五柱的鐵芯，每個鐵芯框都需要打開裝配線圈，再將鐵芯搭接，并用環氧膠將其粘好。這個過程中肯定會產生碎片，產品質量對于鐵芯搭接的工藝要求十分高。否則，運輸和運行都有可能因振動使得搭接處產生更多的碎片。單框的非晶合金平面卷鐵芯如圖2所示。

因而，從產品穩定性的角度來看，閉口式非晶合金立體卷鐵芯強度高這個優點是比較明顯的。

圖1 非晶合金立體卷鐵芯

圖2 非晶合金平面卷鐵芯

1.2 線圈為圓形，抗短路能力強

近幾年，電網公司對非晶合金變壓器的短路試驗考核嚴格程度為歷史之最，實際抽檢情況并不理想，變壓器是否能通過短路試驗成為困擾制造商的首要難題，而抗短路能力強正是非晶合金立體卷鐵芯變壓器的最大優點之一。之所以具有抗短路能力強的特征，是因為非晶合金立體卷鐵芯的芯柱、高低壓線圈均為圓形。圓形線圈的受力如圖3所示，受力非常均勻，對突發短路產生的幅向力有很強的耐受能力。非晶合金平面卷鐵芯變壓器的線圈為矩形，矩形線圈的受力如圖4所示，矩形結構會導致受力不均勻，受力線圈容易變形。因而機械強度高可以認為是圓形線圈變壓器相比較于矩形線圈變壓器的明顯優勢。

圖3 圓形線圈受力簡圖

圖4 矩形線圈受力簡圖

值得注意的是，GB 1094.5—2008《電力變壓器第5部分：承受短路的能力》中4.2.7.4條對兩種變壓器短路試驗后阻抗變化規定是不相同的，標準規定圓形箔繞線圈的變壓器阻抗變化不大于4%，矩形線圈的變壓器阻抗變化不大于7.5%。換而言之，同樣性能要求的產品，立體卷鐵芯變壓器是按照更嚴格的短路試驗要求來執行的。而標準之所以將矩形線圈的變壓器短路阻抗變化定為7.5%，是考慮到矩形線圈在短路力中易出現較大變形量。

1.3 線圈為圓形，溫升均勻

關于非晶合金變壓器溫升的計算，可采用三維溫度場和二維溫度場相結合進行。平面非晶合金變壓器因其線圈為矩形結構，兩相之間經常不設計氣道或油道，使得相間溫度、局部熱點溫度存在過高風險[2]。非晶合金立體卷鐵芯變壓器的三相線圈均為圓形，且呈立體三角形布置，所有的散熱氣道或油道沿圓周均勻布置，從結構上杜絕了局部熱點過高的情況，對于變壓器長期穩定運行起著非常重要的作用。而設計矩形線圈時，為了節約產品材料用量，降低成本，行業內默認，相與相之間不設計油道，油道設置在鐵芯窗以外的兩端，這樣會造成線圈熱點不均勻的隱患。

1.4 三相完全對稱，三相平衡

非晶合金立體卷鐵芯磁通分布及各相磁回路磁通相量情況如圖5所示，可見三相磁路長度一致，三相完全對稱平衡，變壓器在運行時輸出三相平衡電壓。

圖5 非晶合金立體卷鐵芯磁通分布及各相磁回路磁通相量圖

1.5 無氣隙，噪音低

非晶合金立體卷鐵芯是由非晶帶材連續卷繞而成的閉口無接縫結構，鐵芯勵磁時，其磁阻小，磁路連貫。此結構完全避免了非晶合金平面卷鐵芯因鐵芯接口搭接，使得磁路增大而帶來的噪音增大問題，最大限度地減少了變壓器運行時的噪音。

1.6 體積小，漏磁小

非晶合金立體卷鐵芯變壓器結構緊湊、體積小，同等性能條件下，其電磁輻射僅為非晶合金平面卷鐵芯變壓器的一半，更適合在城市和農村建設中使用。

1.7 節能

油浸式非晶合金立體卷鐵芯變壓器的團體標準計劃于2017年年底發布，該標準中空載電流比現有平面非晶合金變壓器下降約50%，充分體現了該結構的節能特性。