1、概述

我國電力消費(fèi)能源在一次能源中約占40%，發(fā)電供熱用煤約占煤炭消費(fèi)量的50%，主要污染物二氧化硫的排放量也要占50%左右，電力行業(yè)是節(jié)約能耗和污染物減排的重要領(lǐng)域，變壓器在整個(gè)電力系統(tǒng)中是一種廣泛應(yīng)用的電氣設(shè)備，通常情況下，從發(fā)電、供電到用電，需要經(jīng)過3～5次的變壓過程，其自身需要產(chǎn)生有功功率和無功功率消耗。目前我國在廣義電力系統(tǒng)（包括發(fā)、供、用電）運(yùn)行中，變壓器總的電能損耗占總發(fā)電量的10%左右，大約1100億kWh，數(shù)額大。

2006年1月9日國家發(fā)布，2006年7月1日正式實(shí)施了GB20052—2006《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評(píng)價(jià)值》標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了配電變壓器的能效限定值和配電變壓器目標(biāo)能效限定值，同時(shí)規(guī)定配電變壓器目標(biāo)能效限定值自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起4年后開始實(shí)施。

2008年4月24日國家發(fā)布、2008年12月1日實(shí)施GB/T10228—2008《干式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》標(biāo)準(zhǔn)，降低了干式變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗，并將包封干式變壓器的技術(shù)參數(shù)和非包封干式變壓器技術(shù)參數(shù)合并為統(tǒng)一技參數(shù)。

本文將就三維立體卷鐵心節(jié)能干式電力變壓器作一簡(jiǎn)單的分析，力求在節(jié)能降耗領(lǐng)域發(fā)揮出其應(yīng)有的作用。

2、變壓器結(jié)構(gòu)

干式電力變壓器定義：

變壓器是利用電磁感應(yīng)的原理來改變交流電壓的裝置，主要構(gòu)件是初級(jí)線圈、次級(jí)線圈和鐵心（磁芯）。干式變壓器采用空氣作為冷卻介質(zhì)，利用空氣流動(dòng)為變壓器降溫。是一種電氣強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度、耐熱強(qiáng)度很高的電力變壓器。適用于各種工業(yè)與民用應(yīng)用場(chǎng)所。

2.1 傳統(tǒng)干式電力變壓器結(jié)構(gòu) 變壓器鐵芯采用高導(dǎo)磁性、低能耗，冷軋晶粒取向的硅鋼片制造，采用45°全斜接縫，多級(jí)步進(jìn)疊接結(jié)構(gòu)。鐵軛采用無孔夾緊結(jié)構(gòu)，芯柱采用絕緣帶綁扎，鐵芯表面采用樹脂密封以防潮防銹。要求鐵芯盡量降低空載損耗、空載電流及噪音。

變壓器的高壓側(cè)繞組采用銅線和銅箔繞制，采用層式結(jié)構(gòu)。層間為多層絕緣薄膜，內(nèi)外纏繞多層玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)，在高真空狀態(tài)下澆注添加石英粉填料的環(huán)氧樹脂，經(jīng)固化形成密封整體。局部放電量不大于5pC。低壓側(cè)繞組采用銅箔繞制，層間采用半固化絕緣材料，引線母排與銅箔用自動(dòng)氣體保護(hù)焊接，內(nèi)外纏繞玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)，在高真空狀態(tài)下澆注添加石英粉填料的環(huán)氧樹脂或端部填充環(huán)氧樹脂，經(jīng)固化形成密封整體。高、低壓線圈均采用直接繞制工藝，要求鐵芯與高、低壓線圈三者之間結(jié)合緊密，具有較強(qiáng)的抗短路能力。變壓器絕緣系統(tǒng)的耐熱等級(jí)為主要有F級(jí)和H級(jí)。

干式電力變壓器的特點(diǎn)：

①損耗低，節(jié)電效果相對(duì)較好。②阻燃、防爆、免維修、可分散安裝在負(fù)荷，降低投資造價(jià)，節(jié)約費(fèi)用。③局部放電量小于10PC，線圈不吸潮，不吸塵，機(jī)械強(qiáng)度高。④抗短路，耐雷電沖擊性能好。⑤外殼可采用不繡鋼、冷軋鋼板和鋁合金板材三種材料，進(jìn)出線可以工程需要靈活設(shè)置，如上進(jìn)上出，下進(jìn)上出，下進(jìn)下出等。

目前工程中主要采用的干式變壓器型號(hào)有SC系列、SCB系列、SCL系列、SCR系列等。

2.2 三維立體卷鐵心變壓器的結(jié)構(gòu) 鐵芯結(jié)構(gòu)：三維立體卷鐵心變壓器，鐵芯結(jié)構(gòu)由三個(gè)幾何尺寸完全系統(tǒng)的單框半圓形截面卷鐵心組成，相互間角度為60°，鐵心心柱截面由兩個(gè)半圓組成一個(gè)完整的圓形，鐵軛截面為半圓形，為心柱的一半。

由于每個(gè)單框鐵心為卷鐵心，且框與框之間有氣隙，因此磁通由于氣隙磁阻較大而各框形成單獨(dú)回路。

繞組結(jié)構(gòu)：高壓繞組采用餅式繞組結(jié)構(gòu)，由NOMEX@紙包銅線繞制，餅間采用高頻陶瓷墊片支墊。低壓繞組采用箔式繞組結(jié)構(gòu)。箔式低壓繞組與餅式高壓繞組相配合，繞組端部漏抗小，變壓器抗短路能力強(qiáng)。高、低壓繞組采用了NOMEX@絕緣制品和高頻陶瓷，在高濕度、高溫度條件下，均能保持較高的電阻率，介質(zhì)損耗因數(shù)在高溫下變化不大，故電氣性能較佳，即使在短路故障時(shí)，熱穩(wěn)定性仍然良好，過負(fù)載能力和耐沖擊性負(fù)荷能力較強(qiáng)。

3、三維立體卷鐵心變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三維立體卷鐵心層間沒有接縫，磁路各處分布均勻，沒有明顯的高阻區(qū)，沒有接縫處磁通密度的畸變現(xiàn)象。

磁通方向與硅鋼片晶體取向完全一致。

三相磁路長(zhǎng)度完全相等，力求三相磁路長(zhǎng)度之。

三相磁路完全對(duì)稱，以使三相空載電流完全平衡。

4、三維立體卷鐵心變壓器與傳統(tǒng)鐵心變壓器的性能比較

4.1 降低空載損耗 當(dāng)變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率正弦波的額定電壓時(shí)，所消耗的有功功率稱為空載損耗。變壓器的空載損耗主要是鐵心損耗，與鐵心的重量、制造工藝密切相關(guān)。