简述立体卷铁芯树脂浇注干式变压器

冯立涛

(天津市特变电工变压器有限公司，天津 300308)



简述立体卷铁芯树脂浇注干式变压器

冯立涛

(天津市特变电工变压器有限公司，天津 300308)

简述了立体卷铁心树脂浇注干式变压器的发展概况，对比立体卷铁心树脂浇注干式变压器与叠铁心树脂浇注干式变压器的优缺点，分析了生产关键环节。

卷铁心；树脂浇注干式变压器；特点；生产

我国是一个能源大国，同时也是一个能源消耗大国。为了促进节能产品消费，2013年，国家财政部、发展改革委、工业和信息化部联合下发了《节能产品惠民工程高效节能配电变压器推广实施细则》。根据该实施细则，国家将认定一批高效节能变压器推广的生产企业，并设立高效节能变压器生产企业目录，对购买目录中企业所生产的高效节能变压器产品的用户，由国家根据不同能效等级给予一定补助。从现行标准看，除了非晶合金变压器外，普通硅钢结构的叠铁心配电变压器达到标准中1、2级能效水平较为困难。而立体卷铁心变压器经广东海鸿为主的相关制造厂实践证明，达到能效2级甚至能效1级的要求较为容易，有一定的潜在优势，可成为配电变压器节能设计的一个方向。

1 立体卷铁心变压器的发展概况

对节能产品惠民工程高效节能配电变压器推广目录第一、二批公示名单中各条块产品进行分析可知，全国共有超过70家企业的相关产品通过节能认证。其中油浸变压器近70家，干式变压器近50家。通过节能认证的产品中，立体卷铁心油浸变压器有17家，干式变压器有6家。从以上认证情况可以看出，部分叠铁心产品采用优质硅钢和优化设计后，也可满足能效2级甚至能效1级的要求。但需要说明的是，满足能效标准的叠铁心产品经济性往往较差，基本靠增加原材料投入来满足损耗指标。相对于叠铁心，立体卷铁心产品由于需要重新引进整条铁芯和绕线设备及技术，投资较大，因此国内生产厂家还不多，远远未成为节能变压器的主流。

目前，在国内立体卷铁心变压器制造商和国家节能政策的推动下，国网和南网已经开始采购立体卷铁心变压器并形成一定规模。与非晶合金变压器一样，目前国内立体卷铁心变压器基本以油浸变压器为主。以广东海鸿为例，2011年该公司整体销售额约8亿元，干变约2亿元，其中干变最大容量已做到4 000 kVA，油变最大容量已做到12 500 kVA，电压等级最高为35 kV。日前，海鸿公司正致力于高电压大容量立体卷铁心变压器和非晶合金立体卷铁芯变压器的研发，已取得初步结果。此外，国内生产立体卷铁心干式变压器已取得节能认证的厂家有江西大族电源科技有限公司、浙江金三角、株洲变压器厂、常德市天马电气成套设备有限公司等。北京新华都在整体收购了上海宝涛后，主要从事立体卷铁芯产品制造设备、油浸式和干式立体卷铁芯变压器的生产和销售，且在一般配电变压器的基础上研发了立体卷铁芯变频变压器。

2 立体卷铁心的特点

立体卷铁芯是一种卷绕式铁芯，整个铁心由三个完全相同的单框拼合而成。拼合后铁芯的三个芯柱呈等边三角形立体排布，每个单框是由若干根梯形料带依次连续卷绕而成，卷绕后的单框横截面接近半圆形，拼合后的横截面呈接近圆形的准多边形。与叠铁心相比，卷铁芯具有以下几个优点：第一，硅钢纵剪时通过套裁几乎可以做到100%利用，边角余料较少。第二，硅钢片卷绕可以绕得较紧且无接缝，铁芯填充系数高，磁阻小。第三，连续卷绕可以保证硅钢导磁方向与实际磁通方向一致。第四，立体卷铁心三相磁路长度一致，可以做到三相磁路完全平衡。

但立体卷铁心设计和工艺处理也有几个弱点：第一，立体卷铁心铁轭面积只有芯柱面积的一半，但铁轭磁通是心柱磁通的0.57735 倍，所以铁轭磁密是心柱磁密的1.1547 倍。为保证变压器的空载特性和噪声水平，心柱磁密不宜取得过高。第二，立体卷铁心在卷绕结束后须退火处理，退火工艺至关重要，但不同铁芯又不尽相同，掌握较难，需要配置专用的退火设备。第三，立体卷铁心由于铁芯无法打开(海鸿已经做过实验，打开后噪声较大，空载特性变坏)，所以线圈只能带着铁芯绕制，浇注，固化。线圈绕制需要专用绕线设备，变压器转序重量较大。第四，绕线时需要考虑绕线齿轮空间，铁轭与线圈的距离要增加，且浇注变需要考虑模具装拆空间。第五，变压器制造完成后线圈无法拆卸(尤其是浇注线圈)，变压器可修理性差。

立体卷铁心树脂浇注变压器与叠铁心树脂浇注干式变压器比较，主要优点是成本较低，空载特性较好，但其也有若干缺点：第一，立体卷铁心树脂浇注变压器高度较高，但现有低压开关柜的高度一般固定在2 200 mm，变压器太高会导致与低压柜并柜时高度不一致。变压器高度过高还会导致配电室吊高不足，给电气设备安装和拆卸带来困难。第二，变压器柜深度方向加大。由于变压器柜一般都比低压柜深度大，立体卷铁心变压器进一步拉大了两者的差距，配电室设计较难布置，空间利用率低。第三，立体卷铁心生产厂对该产品的市场推广力度不大，要获取市场认可还要付出一定的代价。

查阅有关资料得出如下数据：立体卷铁心填充系数可达到0.95～0.96，比叠铁心大约大3.5%～5%，铁芯利用率大约比叠铁心高4%，退火后工艺系数大约可减少15%，故硅钢重量大约可节省10%，绕线需要增加线圈与铁轭间的距离，会造成硅钢用量大约增加5%。综合以上因素，达到同样的空载特性硅钢重量理论上可节省12%左右。如果立体卷铁心硅钢用量与叠铁心相同，则空载特性可改善10%左右。但必须说明的是，立体卷铁心由于需要退火，考虑退火工艺的稳定性，也会使铁芯成本增加。

3 立体卷铁心树脂浇注干式变压器生产关键环节

立体卷铁心变压器与普通叠铁心变压器相比，主要区别是铁心在卷绕后须退火，同时铁心成品无法打开，绕线及浇注固化时必须带铁心操作。总结分析，立体卷铁心变压器研发生产的主要难点有：

第一，立体卷铁心的退火工艺。由于铁心结构尺寸不同，退火工艺也不同，即使技术引进包含这些内容，也需要我公司根据实际情况形成自己的退火工艺。第二，线圈DFSDF须在铁心上绕制，如果高低压分开绕则线圈固定和模具装卸较困难，海鸿在技术转让时会有偿转让模具技术，关键是如何提高操作效率及操作时的有效防护。如果线圈一体绕制则需要开发新的绕线设备。采用开口式的立体卷铁芯可以解决上述问题，但经过海鸿公司的尝试证实其生产效率不但没有提升，反而导致产品的性能大幅恶化。第三，浇注时三个线圈同时浇注，由于不允许切端和大机械加工，变压器最后整理和清理较困难。第四，产品一旦出现故障，由于树脂浇注线圈无法拆解，整台变压器可能报废。

4 结语

立体卷铁心变压器生产与我公司现在生产的叠铁心变压器，除绕线及浇注有一定的相同处外，公司还需要引进全套技术并提供独立的生产作业场地。从技术难度看，主要是工艺及工装设备保证问题，从设计上只要工艺系数确定，设计难度并不大。从市场来看，立体卷铁心还没有成为配电变压器的主流产品。随着非晶合金变压器材料问题的逐步解决，其已成为节能变压器的主力军，如果非晶合金变压器能解决变压器的体积、铁芯磁特性和动稳定问题，这种变压器也将有良好的市场前景。而立体卷铁芯变压器虽然在一定容量段存在价格和性能优势，但其工艺及结构复杂性、生产效率低、技术的牵制性和公司目前厂房及设备状况均制约着项目的实施。

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Brief introduction of three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers

FENG Li-tao

(Tianjin TBEA Transformer Co., Ltd., Tianjin 300308, China)

This paper briefly introduces the development of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers, compares the advantages and disadvantages of the three-dimensional roll core resin pouring dry-type transformers and the stacked core resin pouring dry-type transformers, and analyzes the key links of production.

Roll core; Resin pouring dry-type transformer; Characteristic; Production

2016-10-19

冯立涛(1972-)，男，本科，助理工程师。

TM421

A

1674-8646(2017)02-0146-02