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                    非晶合金配電變壓器鐵芯制備新技術研究

                    發布時間:2022-06-30 11:48:24

                      一、新型搭頭結構非晶鐵芯

                      傳統的非晶鐵芯由于受剪切設備、帶材成卷方式等因素的影響,非晶鐵芯搭頭結構基本為每組30 片疊片,相應的搭頭區域縫隙較大,存在漏磁現象,致使非晶鐵芯的空載電流和激磁功率較大,影響變壓器性能。隨著市場對非晶合金變壓器的損耗和噪音提出了更高的要求,常規結構的鐵芯已經無法滿足不斷改變的現狀,通過軟件升級、設計優化、設備改造等途徑開發了新型搭頭結構的非晶鐵芯。它的主要特征為降低每組的帶材片數,即由原先的30 片/ 組改為15 片/ 組,進而增大搭接區域接觸面積、減小搭接縫隙,使鐵芯搭接部位的磁

                      阻變小,減少勵磁時的漏磁現象。

                        表2 200kVA非晶鐵心性能數據對比表.png

                      表l 列出7200kVA 規格非晶鐵芯不同組片方式的電磁性能,從中可以看出降低帶材片數后,該批次鐵芯損耗平均值由0.16W/kg 下降到0.15W/kg,激磁平均值下降幅度更為明顯,由0.29VA/kg 下降到0.22VA/kg,改善幅度達到24%。同時,從損耗與激磁性能的最大值最小值來看,采用新型搭頭結構鐵芯后性能波動范圍也變小,可見降低鐵芯每組的帶材片數可以有效改善鐵芯性能,建議結合鐵芯的加工效率實際情況可以采用10 片/ 組或5 片/ 組的搭頭結構。

                      二、新型端面結構非晶鐵芯

                      由于非晶合金帶材硬度高,厚度薄,且經熱處理后非晶片變脆,所以無論是在生產裝配,還是非晶合金變壓器的使用過程中,都會不可避免的產生一些碎片,若不加以控制,則在變壓器運行時,隨變壓器油絕緣散熱循環流動的非晶碎片就有可能導致線圈短路等問題并燒壞變壓器,對非晶變壓器本身的性能及可靠性都有較大的影響。

                      為了固定非晶鐵芯的形狀及防止非晶碎片落入變壓器線圈中導致短路故障,常規非晶鐵芯,一般都在兩側端面涂覆一層厚度約1 毫米的軟性膠水。但由于軟性膠水粘結強度弱,在鐵芯成型拆除模板后,非晶片間易造成開裂;同時運輸過程中,易使鐵芯窗口變形;在變壓器器身裝配時,由于鐵芯較軟,使得裝配操作較為困難,而且鐵芯搭接部位打開后,鐵芯芯柱有開裂的風險。

                      為了改善上述問題,開發了一種新型端面結構的非晶鐵芯,在非晶鐵芯搭頭部位以上u 型區域涂覆環氧樹脂和軟性膠水形成混合端面結構。采用混合型端面涂層結構的鐵芯,可以增強非晶片問的粘結強度,防止拆除模板后的開裂,同時可以保證鐵芯在運輸過程中不變形,保持良好的矩形窗口,從而有利于產品性能的穩定:同時靠近鐵芯搭接區域的薄環氧樹脂涂層確保了器身裝配的便捷性,避免芯柱開裂,提高器身裝配效率。

                      三、表面包覆非晶鐵芯

                      非晶合金的磁致伸縮系數比硅鋼片高約10%,由磁致伸縮引起的非晶鐵芯振動所受的約束比較小,振動量級相對較大,相應產生的噪聲也較大,尤其是對于干式非晶合金變壓器,由于缺少了變壓器油箱的噪聲阻隔措施,噪音相對較高;因此,隨著人們對友好環境的要求愈來愈高,變壓器設計人員一直在尋求各種降低非晶合金變壓器噪聲的途徑與措施,其中對非晶鐵芯進行外圍表面包覆就是~種比較有效的方法。由于隔音毛氈為化纖成分,易與變壓器油發生化學反應,對變壓器油介損產生負面影響,因此它不再適用于油浸式變壓器。還有一種用于油浸式變壓器的消音紙包覆鐵芯結構,其基本特征為在鐵芯主體搭頭結構以外區域的端面與側面均勻齊整地包裹一層消音紙。由于特定成分的消音膜層阻斷了噪聲的傳播路徑,可在一定程度上改善變壓器的噪音。

                      其操作優點是鐵芯退火冷卻后端面無需涂覆環氧樹脂,省去了雙面環氧涂覆、翻身及環氧固化的時間,減少了工序。不足之處在于與毛氈包覆鐵芯相比,要在鐵芯端面、側面均包裹消音紙,操作過程需要處理的棱角較多,加工效率相對較低,同時還要考慮消音紙的成本問題。

                              圖1 非晶鐵芯的空載損耗變化曲線.png

                                                   圖1 非晶鐵芯的空載損耗變化曲線

                             圖1非晶鐵芯的空載損耗變化曲線.png

                                                  圖2    非晶鐵芯的空載損耗變化曲線


                      四、高飽和磁密非晶鐵芯

                      圖1給出的是某規格變壓器寬窗1:3HBlM 非晶鐵芯的空載損耗變化曲線,同時與SAl 非晶鐵芯性能做了對比。從中可以看出,不同磁密下兩種鐵芯的空載損耗變化趨勢是一致的,且SAl 非晶鐵芯性能略優于HBlM,在1.46T 磁密下SAI 非晶鐵芯空載損耗為0.242W/kg,HBlM 非晶鐵芯空載損耗為0.244W/kg,兩者基本接近,也完全滿足變壓器的設計要求。相同鐵芯的激磁功率變化曲線如圖2 所示,從中可以看到,在設計磁密小于1.35T 時,兩種型號的鐵芯激磁功率基本處于相同水平,超過1.45T 后,SAl 型鐵芯性能急劇惡化,而HBlM鐵芯依然保持較低的水平,性能在超過1.5T 磁密才開始惡化。在1.46T 磁密時sAl 鐵芯的激磁功率為0.92VA/kg,而HBIM 鐵芯的激磁功率僅為0.43VA/kg,相當于在高磁密下具備很低的空載電流。因此,HBlM 型非晶鐵芯與SAl 型相比空載損耗處于相當水平,而激磁功率具備明顯優勢,因此利用HBIM鐵芯制備的變壓器將會具備很低的空載電流與噪聲水平,同時具有良好的抗過載能力。

                      結論

                      總之,節能減排、低碳環保已成為國家電力行業發展的基本方針,大力推廣高效節能非晶合金配電變壓器已是大勢所趨。如何研究運用其核心部件——非晶合金鐵芯的各種新技術新結構,必須結合各自企業的自身情況靈活掌握,進而開發出更為節能更為環保的新一代產品,推動這一高新技術產品的普及應用。


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