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一種可有效節(jié)約變壓器用材成本的硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2024-03-18  瀏覽次數(shù)：2933
近年來(lái)，我國(guó)電力需求增長(zhǎng)迅速。電網(wǎng)的高速建設(shè)和投資拉動(dòng)了輸變電設(shè)備的市場(chǎng)需求。市場(chǎng)對(duì)配電變壓器的需求隨著電網(wǎng)的高速建設(shè)快速增長(zhǎng)。但是，變壓器在運(yùn)行過(guò)程中受磁力、電場(chǎng)力、外部作用力等影響，在發(fā)生二次側(cè)短路故障時(shí)，變壓器的短路電流為額定電流的25～30倍，危及變壓器的安全運(yùn)行。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電力變壓器能效限定值及能效等級(jí)》（GB 20052—2020）的頒布，對(duì)變壓器制造企業(yè)的生產(chǎn)成本和制造方案提出了更高要求。

 1.變壓器主要材料作用、材料成本及其所占比重
變壓器制造材料主要由鐵心、繞組、變壓器油以及鋼板組成。其中，繞組分為高壓繞組和低壓繞組，材料為無(wú)氧銅。高壓繞組和低壓繞組套在鐵心柱上，由于纏繞匝數(shù)不同，通過(guò)電磁感應(yīng)原理將磁能轉(zhuǎn)化為電能，實(shí)現(xiàn)變壓器電壓、電流的轉(zhuǎn)換。鐵心是變壓器的骨架，起到支撐繞組的作用，是變壓器磁能的來(lái)源，材料為高導(dǎo)磁硅鋼片。變壓器油即礦物質(zhì)油，在變壓器的生產(chǎn)使用中起絕緣和散熱作用。鋼板主要是夾緊變壓器鐵心的夾件和容納變壓器油的油箱，起到緊固變壓器鐵心和容納變壓器油的作用。鋼板材料型號(hào)主要為Q235鋼材。

某企業(yè)變壓器實(shí)際生產(chǎn)的型號(hào)為S20-M-100和S20-M-200。變壓器材料成本及其比重，如表1所示。變壓器繞組（銅）和變壓器鐵心（硅鋼）的材料成本占變壓器材料總成本的比重最多，其中繞組（銅）材料成本所占比重最大，超過(guò)55%?？梢?jiàn)，繞組材料成本對(duì)變壓器的整體制造成本起決定性作用，因此如何減少繞組材料成本即銅的用量對(duì)降低變壓器制造企業(yè)的生產(chǎn)成本具有重要的實(shí)際意義。

表1 某企業(yè)變壓器材料成本及材料成本比重表

2.硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)能效變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)能效變壓器與常規(guī)變壓器最大的不同在于鐵心軛為方形結(jié)構(gòu)。鐵心軛的主級(jí)與最末級(jí)的寬度相等，為長(zhǎng)圓形結(jié)構(gòu)。而常規(guī)的變壓器鐵心軛為類圓形。硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)能效變壓器整體布局的優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)旁螺桿和拉螺桿將L形上夾件、U形下夾件、鋼擋板緊固成一個(gè)整體，以增強(qiáng)變壓器抗軸向短路力、輻向短路力的能力。



圖1 硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)能效變壓器整體布局

為與硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)相匹配，研發(fā)人員提出一種全新的上夾件L形結(jié)構(gòu)、下夾件類U形結(jié)構(gòu)用于方形鐵心軛的夾緊與上下緊固，結(jié)構(gòu)樣式如下。

同時(shí)還提出一種新的整體鐵心軛絕緣壓板結(jié)構(gòu)來(lái)壓緊變壓器繞組。與常規(guī)的分開(kāi)式鐵心軛絕緣結(jié)構(gòu)不同的地方在于壓板結(jié)構(gòu)為一個(gè)整體，可以更好地承受來(lái)自繞組的軸向短路力。鐵心軛絕緣壓板整體鐵心軛絕緣壓板用10 mm厚的層壓木制作而成，同時(shí)在其上若干部位開(kāi)槽（槽深4 mm、槽寬10 mm）用來(lái)導(dǎo)油。鐵心軛絕緣壓板為一個(gè)整體，比常規(guī)的分體式壓板結(jié)構(gòu)緊湊，抗短路能力更強(qiáng)。
3.硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)能效變壓器與常規(guī)類圓形鐵心軛結(jié)構(gòu)變壓器的材料對(duì)比
通過(guò)理論計(jì)算在同經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、同制造工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)型號(hào)為S20-M-100的變壓器進(jìn)行成本對(duì)比，結(jié)果如表2所示。通過(guò)材料對(duì)比表可知，對(duì)于同經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、同制造工藝的基礎(chǔ)上相同型號(hào)和容量的疊鐵心變壓器產(chǎn)品，硅鋼疊鐵心方形鐵心軛結(jié)構(gòu)比類圓形鐵心軛結(jié)構(gòu)成本減少693元，占類圓形鐵心軛結(jié)構(gòu)總成本的4.34%，節(jié)省材料成本效果明顯。



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