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国内卷铁心变压器发展概述
(发布日期:2007-6-14  浏览次数:3758)


摘要:
论文概述了国内卷铁心变压器技术的应用情况及新的发展动态,并就存在的问题进行总结、说明。在此基础上,对卷铁心变压器的发展提出几点看法。

关键词:卷铁心变压器 硅钢片 空载损耗

1 前言

我国农村电网具有负荷分散、季节性强、平均负荷率低的特点,在农网建设与改造中新装和更换的配电变压器,其技术先进性、适用性、运行可靠性与节能效果是变压器运行和制造部门普遍关注的问题。近几年,卷铁心配电变压器得到较快发展,已批量生产并有10000多台挂网运行。关于卷铁心配电变压器的技术特点、结构特征、制造工艺与应用经济性等等专题论文,也陆续见诸科技期刊。本文对国内卷铁心变压器技术的应用情况作些介绍,并就存在的问题进行总结与说明,对卷铁心变压器的发展提出几点看法。

2 发展与应用概况

2.1 农网配电变压器市场概述

我国是农业大国,80%的人口居住在农村,农村配电网占电网相当大的比例,随着农村经济的发展,农村用电量增长较快。统计资料表明,2000、2001、2002年底,全国农网仅县及县以下配电变压器数量分别为324、348、376万台,年平均增加26万台。现在,配电变压器平均单台容量约125kVA。由于其数量巨大和空载损耗的固定性,使农村电网中选择适用的节能变压器意义重大。

2.2 卷铁心变压器的技术优势

卷铁心是用硅钢片带料,连续卷制成的封闭形铁心,用其制造的卷铁心变压器有独特的优势。卷铁心变压器的制造工序主要有硅钢片的纵剪、铁心卷制、铁心真空退火、线圈绕制、器身绝缘装配、产品总装配等。

卷铁心变压器按相数可分为三相卷铁心变压器和单相卷铁心变压器,卷铁心的截面形状分为矩形截面、阶梯圆形截面、近似圆形截面R型等,按制造工艺不同卷铁心可分为断轭结构和不断轭结构等。国内生产的卷铁心变压器以不断轭结构的冷轧硅钢片卷铁心为主。

S11-M·R型卷铁心变压器适用范围广,性能水平与传统的S9型叠片式铁心变压器相比,空载损耗平均降低30%、空载电流平均下降70%、噪音水平下降7~10dB,具有重量轻、体积小、机械和电气性能优越等优点。

同国外同类产品空载损耗指标比较,比日本东芝变压器降低39%、比意大利变压器降低39.6%、比德国变压器降低11.6%。因此,我国目前的S11卷铁心变压器空载损耗方面在国际上具有领先水平。

2.3 卷铁心变压器经济、社会效益

S11-M·R型卷铁心变压器的价格高于S9变压器,但运行费用节省。综合计算表明,购置节能型卷铁心变压器替代普通变压器的投资回收年限一般只需2~3年。广泛应用,不仅可以为用户带来直接经济效益,其节能相当于减少发电量,同时可使发电厂减少排放大量CO2、SO2和氮氧化物等,减轻对大气的污染,具有良好的环境效益。

2.4 推广应用

我国在20世纪60年代开始研制卷铁心变压器,限于当时材料和技术的原因,生产厂家和产品很少。到了20世纪80年代后期,国内的一些厂家才开始生产卷铁心变压器。

20世纪90年代中期以来,卷铁心变压器逐渐快速发展,到了商业化生产的阶段。2000年,原国家电力公司农电工作部、成套设备部、电力机械局联合召开了S11卷铁心变压器应用研讨会,明确各地可根据实际情况推广使用。2002年9月,原国家经贸委以国经贸厅电力[2002]122号文发出《关于在农村电网建设与改造工程中应积极推广使用卷铁心变压器的通知》,要求在农村电网建设与改造工程中应积极推广使用这一产品。2003年11月,中国电器工业协会关于变压器行业发展的导向性意见中将配电变压器向小型化、卷铁心方向发展,作为国内变压器行业技术发展方向之一。

卷铁心变压器的生产,目前我国主要集中在电压等级10kV,容量一般在800kVA以下,较大容量1600kVA也有试制。全国现有卷铁心变压器生产厂200多家,形成一定的生产能力和实力的厂家约占总数的20%。全国卷铁心变压器的生产能力约为1600万kVA,但实际产量较低。目前,电力部门采购的卷铁心变压器以315kVA及以下的容量居多。

3 不足与问题

在肯定卷铁心变压器技术优越性的同时,也必须看到其固有的不足与问题,这往往让一些人忽略了。

3.1 产品铁心结构方面

(1) 平面三相卷铁心由于其结构因素,轭与柱的磁密不一致,中柱两端的两个三角区成为局部高磁密区。

(2) 铁心三相间磁路长度不同,磁力线在内外框中的分布也不尽相同。内环和外环因磁路长短不同,外环磁阻大于内环磁阻,内环磁通密度比外环磁通密度高出10%左右。

(3) 三相铁心每个柱中都会有三次谐波磁通。在三角区内,谐波分量相当高。一般三相卷铁心变压器的高压联结组为D接法。

上述弱点在小容量卷铁心变压器上(315kVA以下,特别是100kVA以下),反映还不明显,较大容量影响就大一些。

3.2 制造方面

(1) 专用设备:生产卷铁心变压器在铁心卷制、退火、绕线时需用的专用设备及工装、模具较多,要求严格,投入大,且效率相对较低。

(2) 退火:铁心退火受退火设备、温度、时间(升温、保温、降温)、硅钢片牌号及厂家装炉量、铁心直径、炉内气氛等因素影响较大,使铁心损耗工艺系数分散性较大。退火耗电量大。

(3) 退火后工序较多:导致铁心退火后又重新受力,铁心空载损耗增加,使退火效果打了折扣。

3.3 使用与维护方面

产品一旦需要维修,对铁心或绕组较为困难,这将给传统的维护规程和观念带来变化。

以上问题和困难,亟待变压器研究与制造部门进一步深入研究,多方努力,认真加以解决,但不影响现有产品的推广使用。

4 技术与品种的新进展

随着卷铁心变压器研究开发的不断深入和发展,已派生出多种卷铁心变压器产品,如组合式卷铁心变压器、干式卷铁心变压器、地下式卷铁心变压器、高燃点油卷铁心变压器等等。

国内已研制出了立体组合的三角形卷铁心变压器,它采用三只相同的矩形半圆截面卷铁心框组合而成,相邻的两个铁心框的边柱组成一相截面近似圆形的心柱,在结构上有一定的优越性。例如三相铁心磁路对称,可以节省材料,与传统铁心相比可以减轻一个轭重,但绕组绕制工艺较复杂,且有磁密不均的问题,比较适合于做容量较大的配电变压器。

国产化的开口卷铁心技术正在开发之中。这种技术成功后,将有利于大批量高效生产,并有利于产品性能均匀稳定。铁心的填充系数高,退火后工序较少,绕线可单独进行。产品分解修理也较简单。

5 几点看法

(1) 卷铁心变压器的推广具有较好的效果和实用性。在现有技术水平条件下,三相卷铁心变压器选用的容量一般为315kVA及以下。单相卷铁心变压器比传统的单项变压器有明显的优势。

(2) 三相卷铁心变压器与三相叠铁心变压器相比,两者没有压倒性的优势,关键是各有各的适用范围。

(3) 产品本身的结构都是服从于产品性能指标的,在选用产品时,宜规定指标,不宜限定其结构。

(4) 进口铁心材料质量稳定,但价格高,迫切希望国内钢铁企业能提供高质量的硅钢片材料,以利于产品推广。

(5) 卷铁心变压器制造企业应继续进一步进行开拓性研究,克服一系列技术问题,从推广实践中不断完善提高。

(6) 某些地方存在招投标市场不规范和地方保护等问题,造成一些规模小、质量差企业的产品进入市场,不利于产品技术的规模化推广。建议尽快加强监管。
 
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