浅谈110kV立体卷铁心电力变压器

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工业技术
科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald
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DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.12.074
浅谈110kV立体卷铁心电力变压器
郑玲
(广东敞开电气有限公司广东开平 529339)
摘要：本文中介绍了110kV电力变压器的基本情况及现状，重点通过对比的方式，讲述了110kV电压等级的立体卷铁心变压器和传统平面叠片铁心变压器的优缺点，总结了110kV立体卷铁心电力变压器产品技术及工艺亮点，通过对110kV立体卷铁心电力变压器的描述，向读者推介一种新型节能型110kV立体卷铁心电力变压器。

关键词：110V 立体卷铁心变压器中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2019)04(c)-0074-02
1 基本情况
110kV电压等级的电力变压器，主要用于将输电网络电压降到所需要的10kV或35kV，然后与10kV及35kV的电网相联，也可作为发电机组升压变压器使用，110kV级变压器有油浸自冷、油浸风冷、三圈双圈、有载调压、无励磁调压等规格品种。

110kV变压器电压等级较高，对生产工艺和生产设备的要求很高，我国具备该产品生产能力的国内企业数在100家左右，但能将铁心做成立体卷铁心结构的，仅有海鸿电气有限公司一家。

2 110kV立体卷铁心电力变压器与传统平面叠铁心电力变压器对比
2.1 节能
立体卷铁心特点：铁心连续地卷绕而成；采用完全退火工艺，立体卷铁心工艺系数可以达到1.01～1.05，而叠铁心工艺系数为1.05～1.15。

立体卷铁心重量由于结构和工艺改良，比叠铁芯约减少22%。

立体卷铁心可采用厚度更薄的优质铁心材料，在选材上具有更广的提升空间。

立体卷铁心三相磁路无接缝，磁力线与铁心材料易磁化方向完全一致，通过退火工艺，可恢复硅钢磁性能。

而传统平面叠片铁心，磁路中接缝形成的空气隙加大了磁阻，铁心角部内磁力线与铁心材料易磁化方向存在夹角。

2.2 节材
立体卷铁心截面填充系数高达0.97~0.985。

传统叠片铁心截面填充系数一般在0.89~0.925，有效面积相同情况下，立体卷铁心心柱直径小，从而减少线圈导线长度，平均节约绕组线材约10%。

同时也可以降低负载损耗。

2.3 环保
立体卷铁心铁心之间无接缝，磁力线与材料易磁化方向完全一致，且铁心为自稳结构，无需夹紧。

因此噪音可比叠铁心变压器降低10～25分贝。

而传统叠片铁心采取冲裁、叠片、拆、插铁轭等工序，受毛刺、接缝处理等工艺水平影响，需夹紧成型，铁心的磁致伸缩现象因夹紧不均匀导致噪声增大。

立体卷铁心结构可大大降低变压器周围的杂散磁场。

空间漏磁小，仅为传统结构变压器的一半，减少周边电场
磁场强度。

2.4 安全可靠
立体卷铁心三个心柱的磁路长度一致，且最短，具有三相平衡的优点，平面叠铁芯A-C磁路比A-B、B-C的磁路长。

立体卷铁心，铁心是连续地卷绕而成，铁心坚固，且三相受力均匀对称，夹件为三角形焊接成一体的框架结构，整体强度高，三相线圈压紧情况一致，采用套绕工艺，线圈间无多余间隙，更加紧凑，所以抗短路能力强。

而平面叠铁心，铁心由不同规格、不同形状的单片叠置而成，片与片之间没有可靠连接，尤其上铁轭在生产过程中经过拆插，当变压器受到冲击时，上铁轭容易冲散。

夹件为独立的长形结构件，整体稳定性差；夹件跨度大，易变形，B相线圈压紧情况较差。

110kV电力变压器国家标准的局放为100pC以内，传统110kV平面叠铁心变压器的局放在50～100pC，而110kV立体卷铁心电力变压器局放水平为50pC以内。

主要原因在于：铁心用硅钢带材卷绕而成，铁心没有尖角，铁心经过高温退火消除毛刺，合理的绝缘结构和优质的原材料为产品提供保障。

2.5 工艺制造简单，生产效率高
立体卷铁心用机器卷绕，精度高，效率高，制作周期短。

立体卷铁心线圈直接绕在铁心上，线圈在绕制的过程中放置绝缘件，构成一个整体，线圈不需要再重新套装，直接一次成形，避免装配过程中造成线圈损伤，提高线圈的可靠性。

立体卷铁心变压器制作无需铁心叠装、器身装配台、线圈整形压装台等设备，可大幅减少设备、场地和人员投入，生产流程更灵活流畅，减少投资成本。

叠铁心用人工剪片、叠片，人员投入多，制作周期长，精度控制难度大，劳动强度高，效率低。

叠铁心线圈是单独绕制，绕制完成后经过压装，再拆卸铁心上铁轭，并放置相应的绝缘件，再套装线圈，容易造成线圈损伤和绝缘破坏。

3 110kV立体卷铁心电力变压器产品技术及工艺亮点
3.1 噪声低
铁心采用立体卷铁心结构，铁心磁路没有接缝，磁路方向和硅钢材料高导磁方向一致。

铁心退火成型后，还要进行固化工序，使铁心成为一个坚固的整体，减小铁心的
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震动，从而降低铁心噪声。

关键部位加减震胶垫，减小器身与油箱的共振，从而减弱铁心通过铁心框架及油箱向外的噪声传递，从而降低了铁心噪声。

3.2 抗短路能力强
高、低、调压绕组采用连绕结构，内绕组直接在铁心上开始绕制，每相各绕组间无需套装间隙，这样保证了每相各绕组间有极好的紧密度和同心度，使铁心与各绕组形成一个坚固的整体，极大提高绕组抗突发短路能力。

铁心框架采用三角形结构，由于三角形结构的稳定性，绕组压紧均匀对称，因此整体强度高，受力时不易变形，保证持续的支撑力。

铁心框架、拉板、压钉等选用高强度钢板或不锈钢板。

3.3 局放低
立体卷铁心表面圆滑无尖角，电场均匀。

使用优质高密绝缘材料和优质克拉玛依环烷基油，提高绝缘结构的耐电强度；严格把控导线品质，避免铜导线多毛刺现象，从而有力控制因铜导线毛刺而引起的局部放电。

所有油箱内部的绝缘件和高电场区域内的金属件倒圆角结构，避免电场集中。

导线焊接过程中严控金属粉尘混入产品或绝缘件中，所有的焊接处用金属化皱纹纸屏蔽。

产品进行全真空注油，可以有效避免因气泡产生的局放。

3.4 温升低、寿命长
绕组高度低，铁心三角区形成烟囱原理，油流动快，散热效率高。

三相绕组对称分布，温度分布均匀，热点温升低。

在变压器的绕组散热方法中，在绕组中设置挡油纸圈，强迫变压器油沿着指定的路线在绕组中流动，可以最大限度的通过油的循环将绕组中的热量散发出来。

3.5 变压器无渗漏
箱盖、箱壁、箱底选用优质宽幅钢板，无拼接，下料时
钢板边沿部分裁去，避免因夹渣导致渗漏。

焊接结构采用内、外双层焊和倒坡口焊接，同时对焊缝采用压力试验等手段进行严格检验，保证无渗漏。

保证连接法兰的平整度和光洁度，法兰密封面采用防渗漏结构设计；密封垫装配时严格控制密封件的压缩度，确保弹性寿命。

变压器各组件出厂前已组装完毕，并按相应要求试漏，确保整个变压器无任何渗漏。

3.6 变压器免吊心安装
器身与油箱采用刚性定位，器身上下完全固定在油箱内，没有移位的空间，器身能承受各种运输条件下的冲击考验而不发生位移。

器身上所有引线固定、附件固定都采用防松结构，所有螺母都采用防松螺母或防松工艺，所有垫圈都采用止动垫圈。

由此可见，110kV电压等级立体卷铁心电力变压器技术先进，产品节能优势明显，空负载损耗低，空载电流低；环保特点突出，噪音低，周边电场磁场强度低；安全可靠，抗短路能力强，局放低，温升低；占地面积小，更符合高电压电力变压器在城市发展的需要、同时产品各项优点更能满足新能源领域及综合能源需求。

是一种新型节能型环保产品，符合国家绿色制造趋势，值得大力推广。

参考文献
[1] 变压器制造技术丛书编审委员会.变压器油箱制造工艺[M].北京:机械工业出版社,1998.
[2] 贺以燕.变压器工程技术[M ].北京:中国标准出版社,2000.
[3] 路长柏.电力变压器绝缘技术[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1997.
(上接73页)
通过对母材样品进行金相显微观测，可以看到通条裂痕缺陷位置在靠近表面处存在呈一定角度的压入性裂纹缺陷，裂纹的两侧没有脱碳现象，并且靠近裂纹根部呈圆顿状态。

样品的非金属夹杂物除均在1.0级别以下。

结合宏观样品缺陷特征判断，该缺陷为折叠压入导致在滚丝加工过程出现了丝齿脱落、翘皮。

3 盘条折叠产生原因及控制措施
3.1 盘条折叠产生原因
金属在孔型中过盈充满而从辊缝中溢出或导卫偏斜、磨损严重,轧件在孔型中不稳定而倾斜倒钢，产生耳子。

3.2 控制措施
(1)轧钢厂根据炼钢来料情况适当调整轧辊辊缝，防止因为轧辊调整不当而导致金属在孔型中过盈充满而从辊缝中溢出。

(2)正确安装导卫,保证与孔型对中，并勤检查入口导板
磨损情况，防止因入口导卫偏斜、磨损严重,失去扶持作用,轧件在孔型中不稳定而倾斜倒钢,产生耳子,在下一孔型中形成折叠。

4 结语
低碳拉丝材用热轧盘条因折叠压入导致在滚丝加工过程出现了丝齿脱落、翘皮缺陷。

根据钢坯来料情况适当调整轧辊辊缝，防止因为轧辊调整不当而导致金属在孔型中过盈充满而从辊缝中溢出；此外，通过正确安装导卫,保证与孔型对中，并勤检查入口导板磨损情况，防止因入口导卫偏斜、磨损严重,失去扶持作用等措施控制折叠的产生。