立体卷铁心变压器
浅谈110kV立体卷铁心电力变压器
《装备维修技术》2021年第9期浅谈110kV立体卷铁心电力变压器郑海英（沈阳中变电气有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）摘 要：为了对110kV立体卷铁心电力变压器有全面的了解，本文结合笔者多年工作实际，在分析该变压器基本情况的基础上，对其应用优势进行研究。
而后对该变压器的实践要点探讨，希望解析之后，可以给相关领域的工作人员提供参考。
关键词：110kV；立体卷铁心；电力变压器；分析对于电力系统而言，电力变压器是稳定电力的关键设备，在科学技术背景下，越来越多的变压器出现在人们的视野中。
110kV立体卷铁心电力变压器属于常见的系统设备，对该系统设备分析，探寻出应用要点对系统运行稳定性有积极作用。
1基本情况110kV电压的变压器装置是电力系统内非常重要的设备，主要的作用是将网络输送电压下降到10kV或35kV，然后和这些电力输送的系统连接起来，很多情况下也可以起升压的作用，目前该类型的变压比较多，比如油浸风冷、油浸自冷、无励磁调压、有载调压等等。
110kV变压器是等级比较高的变压器装置，生产工艺、设备等方面的要求都是非常高的，目前我国生产该类型的变压器厂家有100余家，但是制作成为立体卷铁心结构形式的变压器只有海鸿电气公司可以生产。
2 110kV立体卷铁心电力变压器具备的优势分析2.1节能立体卷心变压器在制作中主要是通过连续性的铁芯卷绕组合成为变压器的形式，利用退火处理工艺，一般工艺系数可以达到1.01～1.05，而叠铁心工艺系数为1.05～1.15。
立体卷铁心结构工艺性能非常好，综合性是非常好的，要比叠铁芯相对减少22%左右。
此外，该类型的变压器应用的是厚度相对较小的优质铁芯材料制作而成，材料的选择更加的广泛。
立体卷铁心中的三相磁路并未存在接缝的情况，磁力线和铁心材料容易磁化的方向是相同的，通过退火工艺的操作可以保证材料的磁性能得到提升。
而传统形式的变压器，磁路内有接缝存在，导致空气隙增加了磁阻，且内部的铁心磁力与材料容易磁化的方向存在着夹角。
立体卷铁心变压器与传统叠铁心变压器比较
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! 全国变压器节材技术研讨会获奖论文。
划要走 “节约资源， 保护环境” 的发展路子， 因此， 变 压器制造业的当务之急是为输变电建设提供节能、 环保、 可靠的产品。 立体卷铁心变压器是一种结构更合理、性能更
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s13变压器
S13(11)型立体组合三相卷铁心变压器概述：本产品具有空载损耗低，空载电流低，噪声低的性能，节电效果显着。
提高了电压质量和供电的可靠性，是有利于环保的绿色节能设备，为城乡电网技术改造工程中推广使用的最新产品。
本公司生产的、系列全密封立体三相卷铁心变压器不同于传统的平面叠片式铁心变压器。
其铁心是由单框片立体三角形布置的三相柱轭组成。
每个柱体由优质冷轧硅钢薄带连续卷制，带宽经数控开料机作直线或曲线剪切。
带料在铁心卷绕机上卷绕组成近圆形或折边圆弧框片后经真空充氮退火处理以消除加工应力，晶格重新取向、提高导磁率，改善电磁性能；高低压线圈使用专用绕线机，直接在铁心柱纸筒上绕制，整体结构坚实紧凑，器身采用上下铁轭绝缘和层压木，四周拉螺杆拉紧线圈，使之稳固牢靠，能承受突发短路时的冲击力。
3．产品特点：损耗低按现行国际GB/T6451-1999《三相油浸电力变压器技术参数和要求》容量30-1600kVA，系列空载损耗平均下降50%，负载损耗平均下降30%；系列空载损耗平均下降30%负载损耗平均下降25%。
空载电流低由于卷铁心材质优良以及绕制加工特点，使空载电流显着降低。
按现行国标GB/T6451-1999、系列空载电流平均下降75%；系列空载电流平均下降75%。
运行噪声低按JB/T10088-1999 噪声标准，及系列噪声均降低约7-9dB。
抗短路能力强变压器器身整体成立体三棱柱形状，四周及中央均设置拉螺杆，与上下铁轭绝缘及层压木块构成一体，能有效抵御突发短路时的轴向，辐向机械应力。
4．结构特点：铁心采用材质性能不低于30ZH110 冷轧硅钢片；三相三柱立体对称结构有最平衡的三相磁路；每组(卷)心片由薄钢带在专用铁心卷绕机上绕制，压力均匀紧实；铁心框片经真空退火处理，消除应力，提高电磁性能；铁心表面涂环氧树脂漆，防潮，固化。
绕组采用低氧铜材质的纸包铜扁线或QQ-2 缩醛漆包圆铜线；低压线圈为双层或四层圆铜式或新螺旋式，或箔式。
科技成果——非晶合金立体卷铁心油浸式变压器
科技成果——非晶合金立体卷铁心油浸式变压器所属类别重点节能设备〔产品〕适用范围电力行业，10kV-20kV 电压等级配电变压器，适用于城市和农村电网，特别适用于空载时间长、节能要求高的用电场所。
技术原理。
材料结合创工艺技术。
材料方面：铁心承受具有优异软磁性能的材料-铁基非晶合金，单位铁损比传统硅钢材料降低70%。
创工艺技术方面：铁心转变传统平面构造，创由三个一样的矩形单框拼合而成，呈立体等边三角形构造，三相磁路长度相等且最短，三相磁路与材料导磁方向全都，填充系数高，具有节能节材等优点。
非晶合金材料是制备工艺承受每秒一百万度的快速冷凝固技术，将熔融合金钢水急速冷却成厚度约30 微米的合金带材，其微观构造完全不同于传统的金属合金材料。
这种独特的构造使其具有优异的电磁性能，高饱和磁感应强度，高导磁率，低矫顽力和低损耗，是一种绿色、环保、高效、节能的功能材料。
立体卷铁心变压器的三相呈立体等边三角形排列，三相磁路对称相等，三相平衡，磁路最短，损耗降低，非晶合金立体卷铁心通过非晶合金带材在设备上连续卷绕而成，铁心无接缝，大大削减了磁阻，加上先进的退火工艺以及非晶合金固有的低损耗特性，使产品空载损耗、空载电流、噪音、电磁显著降低，同时有效削减三次谐波。
非晶合金立体卷铁心是将立体卷铁心的三相平衡、磁路相等的构造优势和非晶材料的高导磁率，低矫顽力和低损耗优点结合。
关键技术工程利用自主研发的立体卷铁心技术，并解非晶带材薄、脆、硬难以卷绕的世界性难题。
1、立体卷铁心技术铁心由平面排列方式改为等边立体三角形排列，使三相铁心磁路完全对称，磁阻大大削减，激磁电流、空载损耗、噪声显著降低。
关键技术在于三单框的设计，用折线开料设计软件，进展磁密、磁通的分析设计。
立体卷铁心变压器的铁心是由三个完全一样的矩形单框拼合而成，拼合后的铁心的三个心柱呈等边三角形立体排列。
这种构造的优点为：a）AC 相铁轭局部缩短，实现三相磁路完全对称等长，确保三相供电平衡。
立体卷铁心变压器
结构特点
1、磁路优化 （1）三维立体卷铁心层间没有接缝，磁路各处分布均匀，没有明显的高阻区，没有接缝处磁通密度的畸变现 象。 （2）磁通方向与硅钢片晶体取向完全一致。 （3）三相磁路长度完全相等，三相磁路长度之和最短。 （4）三相磁路完全对称，三相空载电流完全平衡。 2、损耗低，节电效果显著 （1）三维立体卷铁心的磁化方向完全与硅钢片的轧制方向一致，且铁心层间没有搭头接槰，磁路各处的磁通 分布均匀，没有明显的高阻区、没有接缝处磁通密度的畸变现象。在材质相同的前提下，卷绕式铁心与叠片式铁 心相比，其铁损工艺系数从1.3-1.5之间下降到1.05左右，仅此一项可使铁心损耗降低10-20%。 （2）由于特殊的三维立体结构，使铁心的铁轭部分用材量比传统叠片铁心减少25%，且减少的角重量占铁心 总重约6%。
椭圆截面叠铁心变压器的关键部件是椭圆截面叠铁心。出于工艺和结构的考虑，通常铁心截面，中间部位呈 矩形，两侧分别有一个以矩形的片宽为直径的半圆组成。中心距M0的大小由最大片宽、绕组辐向尺寸、套装间隙 及绝缘距离等因素决定，铁心角重由片宽、截面形状及大小决定。通过改变椭圆截面铁心片宽、叠厚和截面形状， 可以降低中心距和角重，进而减轻铁心质量，降低变压器的空载损耗损耗相当的情况下，立体卷铁心变压器比椭 圆截面叠铁心变压器主要材料成本略低，其他性能、生产工艺等各有优缺点。
制造企业可对相应的缺点进行优化改进，例如：椭圆截面叠铁心变压器承受短路能力差，可通过低压设计成 箔式绕组、高低压绕组整型固化、薄弱处结构加强等方法提高承受短路能力。制造企业和用户可根据自己的具体 情况生产或采购不同的产品，如用户对噪声的要求非常高，可考虑采购立体卷铁心变压器。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
油浸式立体卷铁心变压器立体卷铁心变压器是一种节能型电力变压器，它创造性地改革了传统电力变压器的 叠片式磁路结构和三相布局，使产品性能更为优化，如三相磁路完全对称、节电效果显著、噪音大大降低、散热 及过载能力更强、结构紧凑体积小等。
S13立体卷铁心变压器基本特性浅析
S13立体卷铁心变压器基本特性浅析投稿邮箱：*******************1前言立体卷铁心在空间上完全对称，比三相三柱叠片铁心（文中简称叠片铁心）更容易保证各项电磁参数。
这种铁心具有节材节能、三相磁路对称、励磁电流小、空载损耗低、谐波小和噪声低等特点。
将立体卷铁心运用在损耗标准高的S13系列中优势更为明显。
本文中笔者从原理上进行对比分析，并以实例验证了分析结果。
2立体卷铁心节材节能原理分析2.1接近零废料立体卷铁心是由若干梯形料带依次连续卷绕而成，不同尺寸梯形料带由专用折线开料机进行套裁加工得到，可做到材料利用率接近100%,立体卷铁心如图1所示。
叠铁心的上、下铁轭及心柱在生产过程中不可避免地会冲掉三角形的废料，据测算这一部分废料占叠铁心总重的5%左右，如图2所示。
2.2立体卷铁心与叠片铁心重量对比在相同直径、截面、窗高及中心距的情况下，立体卷铁心与叠片铁心重量的差异，等于铁轭重量的差异，现将假定初始参数列于表1。
由表1 可知，两种铁心的心柱重量m0是相等的，铁心重量差△m=m2-m1。
下面具体分析m1和m2 的关系。
（1）立体卷铁心的铁轭计算。
如图3 所示，立体卷铁心铁轭重量为本文所述与传统计算的差异在于铁轭重量的计算，将铁轭部分的重量先分解，通过立体图可直观地看到分解部分的关系，最终得出一个与表1 中参数相关联的几何公式计算重量。
图4 为铁心的立体分解图。
取上铁轭分析。
结合图3 和图4，将铁轭的中心线轨迹Lb分为1～5 部分，将这五部分用图5 表示。
结合图4 和图5，②、③都可由①切割而成，通过几个公式推导(几何推导过程比较复杂，此处省略过程)得出：根据以上理论推导，以叠片铁心变压器S13-M-100/10 和S13-M-400/10 的铁心参数值为基准，计算出相同参数下立体卷铁心S13-M·RL-100/10、S13-M·RL-400/10 的重量，其差异见表2。
S11油变产品说明书
S11-M.RL系列立体卷铁芯配电变压器产品安装使用说明书产品说明书1.适用范围：本说明书适用额定容量为1600kVA及以下、电压等级为10kV、额定频率为50Hz 的S11油浸配电变压器。
2.产品特点2.1本系列产品铁芯三相芯柱呈“品”字形立体排列，三相磁路对称等长，卷铁心无接缝，充分利用了硅钢片的方向性，减少了因磁路中硅钢片取向不一致所增加的损耗。
降低磁化容量，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。
2.2绕组采用无氧铜线绕制，结构采用圆筒式。
高低压套绕，先低压后高压，保证绕组紧实度。
使产品内部结构整体性好，有较好的抗短路冲击能力；油道保证通畅，使变压器有更高的过载能力。
2.3引线装配和总装工艺：准备验收好各种零件、部件、组件。
装配时先将箱盖的附件安装好，然后整理烘干后的器身，所有制动螺母要拧紧，不能松动。
接下来装好箱盖，将器身进行下箱装配好后，加入合格的变压器油，进行变压器成品试漏工序。
3.产品型号S11-M.R L-/电压等级kV额定容量kVA立体三维结构圆截面卷铁芯全密封性能水平代号三相油浸式S11型性能参数表4.使用条件:正常使用条件：4.1 环境温度最高气温 +40℃最低气温 -25℃(适用于户外式变压器) 最高日平均气温 +30℃最高年平均气温 +20℃。
4.2 海拔高度不超过1000m。
4.3 电源电压的波形近似于正弦波。
4.4 三相电源电压基本对称。
4.5 户外安装使用环境无明显污染。
5.运输和起吊:5.1 本系列变压器均为装油运输,如有附带的零件、配套件等需另装箱和相关出厂技术文件与变压器主体一起发运。
5.2带有储油柜的变压器在发运前应将储油柜最上边的注油塞拧紧，全密封变压器要把压力释放阀上边的小红盖用螺钉拧紧。
5.3 起吊变压器时，应同时使用箱壁上所有吊拌，它们可以承受变压器总重量。
箱盖上吊板只吊器身用。
全密封变压器起吊时则要求用箱盖上的吊板，箱壁上的吊拌只作吊油箱使用不能载全重。
三维立体卷铁心高过载变压器的设计要点
三维立体卷铁心高过载变压器的设计要点方案。
2 性能参数2.1主要技术参数三维立体卷铁心高过载变压器主要技术数据按照S13型变压器国家标准执行，并在设计和生产时控制在零偏差范围内。
2.2过载能力参数在正常温升稳定的基础上，满足1.5倍额定容量6h（负荷上升和下降阶段各3h）、1.75倍额定容量3h（负荷上升和下降阶段各1.5h）、2.0倍额定容量1h阶段性连续运行，且不影响变压器正常使用寿命。
2.3 温升限值三维立体卷铁心高过载配电变压器在满足过载曲线的基础上由普通变压器的A级耐热等级提高到F级水平。
3 设计思路及要点3.1 三维立体卷铁心设计要点变压器铁心采用三维立体卷铁心结构，先经专用曲线开料机裁剪成所需不等宽料带，在专用卷绕机卷绕时，料带向一边同步位移，进行非对称卷绕。
铁心框截面呈30度倾斜角的半圆形，从而确保三个完全相同的单框拼合时，拼合面良好，成为三铁心柱横截面近似为圆的三维立体卷铁心。
三相磁路完全对称等长，均为最短磁路，是三相变压器最完美的铁心结构。
卷铁心的导磁方向与硅钢带的轧制方向完全一致，无接缝，不存在高磁阻区，再经专用真空退火炉退火后，可消除因剪切、卷绕产生的机械应力，恢复优质硅钢片高导磁率的性能，噪音降低7-10dB，可满足电网节能环保要求。
3.2 绕组的设计要点变压器绕组为圆筒式结构，导体用无氧铜杆连续挤压而成，保证了导体尺寸同时也保证电阻平衡；层间采用0.2mm厚度F级复合绝缘材料。
低压绕组导线绝缘采用厚度0.45mm的F 级复合绝缘材料，外绕半干无纬玻璃丝粘带和撑条帘；高压绕组直接绕在低压绕组上，采用F级QQ-2/155漆包线，外包无纬玻璃丝粘带，最外层包紧缩带，机械强度好、耐受短路能力强。
3.3 器身的设计要点线圈成三角形对称分布，结构紧凑，空间分布合理，三角中心设中心垫块，紧固采用中心拉杆、相间拉杆和边角拉杆相配合的型式，中心垫块、相间垫块及圆弧形垫块三种压紧垫块均匀分布在线圈周围，与铁轭绝缘配合压紧线圈，压实面积大；三角形夹件强度大，三线圈受力均匀对称，垫块为电工层压木，介电系数高，强度大，确保线圈在承受过负荷及短路冲击时不变形。
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立体卷铁心变压器
最近，沈阳变压器研究所技术中心开发设计了立体卷铁心变压器，其技术特点、技术经济性等内容如下：
1．预期目标
目前新S9产品已广泛地占领了市场。
但随着经济的发展，用户对“11”型产品的需求逐步增长。
这就要求我们设计出可靠性高、损耗低的新产品。
S11型立体卷铁心变压器是在新S9及平面卷铁心成熟的技术基础上设计开发的。
S11型立体卷铁心产品在满足性能指标的同时，力求降低原材料用量。
2．产品特点
立体卷铁心系列三相油浸配电变压器是在总结以往10kV级配电变压器，特别是新型S9系列及平面卷铁心系列产品设计经验的基础上进行的。
设计的主导思想是在保证可靠性和高性能指标的前提下，尽可能降低成本。
铁心：三相立体卷铁心与平面卷铁心的相同之处在于：铁心均在生产线上进行卷制，不需要横剪设备，消除了由人工叠片、叠装、拆插铁轭造成的质量波动；立体卷铁心经退火处理后，能彻底消除内应力，磁路各处均无高磁阻存在，故空载损耗与励磁电流均可大幅度下降；比较叠铁心变压器可减少5-6道工序，因此生产效率高，质量稳定可靠，较少受人为因素影响；立体卷铁心充分发挥了高导磁冷轧硅钢片的导磁特性，经退火后，大大降低了空载损耗和空载电流；由于卷铁心是不间断连续绕制而成，只有几个接缝，不会产生如叠片式铁心那样因磁路不连贯而发出的噪声，可使噪声降低到最低限度，一般可降低5～10dB，达到静音状态。
本系列铁心是由三个相同的框组成的，每个框都是单独绕制的，工艺过程简化。
这样单个铁心重量减小，退火彻底，有效地降低了空载损耗。
由于三个框相同，铁心三个心柱的磁路对称分布，使空载电流也是对称分布的。
铁轭的截面积为心柱截面积的一半，减低了铁心重量。
绕组和器身：全系列高压绕组均采用层式结构；500kVA及以下产品中，低压绕组为层式结构；630kVA及以上产品低压采用箔式结构。
高、低压绕组直接在铁心柱上绕制，高、低压绕组统绕。
绕组不用套装工序，工序大为简化。
低压采用预埋式绕制，高压绕制方式与叠片式绕组基本相同。
器身装配总结新S9配电变压器成熟经验，器身装配后成为一个牢固的整体，保证产品满足电气性能和突发短路时的机械强度要求。
整个系列产品为全密封结构，隔绝了油与空气的接触，避免了油的老化，做到免维护，提高了变压器的运行可靠性，减少了维护费用。
S11型立体卷铁心三相油浸系列产品性能指标见表1。
表
3．技术经济性
S11立体卷铁心产品与新S9产品相比有效材料成本平均增加1.23%。
而S11型立体卷铁心变压器与新S9变压器相比，年耗电量平均降低13.39%；每kVA降低2.16元。
4．结论
从以上分析中可以看出，S11立体卷铁心变压器的性能指标优于新S9变压器产品，节约能源；而有效材料成本与新S9相当，它的推广应用将带来巨大的经济效益和社会效益，因此具有很好的应用前景，极具推广价值。