现阶段三相变压器铁心结构形式及发展趋势探析

董丹 王斌

(1.国网盘锦供电公司客户服务中心计量室,辽宁盘锦 124010;2.国网盘锦供电公司经济技术研究所,辽宁盘锦 124010)

现阶段三相变压器铁心结构形式及发展趋势探析

董丹1王斌2

(1.国网盘锦供电公司客户服务中心计量室,辽宁盘锦 124010;2.国网盘锦供电公司经济技术研究所,辽宁盘锦 124010)

节约能源及对环保节能产品的使用是我国在资源利用上的基本国策。自上个世纪八十年代初开始，晶粒取向优质冷轧硅钢片铁心材料将热轧硅钢片所取代，较高能耗变压器及高能耗变压器被VII型系列低损耗变压器所代替。发展至九十年代末期冷轧硅钢片材料的性能不断的提升，VII型系也被视为高能耗产品，被IX型系列产品所代替。发展至今，卷铁心非晶合金铁芯变压器成为了广泛应用的产品，本文对三相变压器铁心结构形式进行了分析，并对发展前景进行了探析。

变压器 铁心 结构 发展趋势

1 中小型三相变压器铁心的结构形式

从三相铁心柱的布局方式出发，能够将三相变压器铁心划分成为平面布置型及立体布置型两种。平面布置型的铁心中，三相铁心柱同铁轭设置在一个平面之中；立体布置型铁心之中，铁轭基本上是呈现为三角形，三相铁心柱则是呈对称立体的方式进行布局。

从铁心制造的工艺特点出发，变压器的铁心可以划分为叠片式及卷铁心。叠片式铁心通常是平面设置的芯式结构，而卷铁芯则有平面布置型及立体布置型两种。

2 结构简述及分析

2.1 平面布置型

(1)叠片式铁心。叠片式铁心基本上为平面布置型，又划分为壳式及心式(见表1)。其中，带旁轭式结构壳式铁心仅仅是在一部分特种变电器中使用。而心式铁心的变电器则能够应用于各种类型变电器之中。心式铁心通常应用于三相三柱式的结构之中，因为这种铁心具有其特有的优势，故此被广泛的应用于各类变压器中。在大型的变电器中，为使铁心可以达到高度的要求，通常采用的是三相五柱式的的结构。迄今为止，组合式的变压器之中为能够达到高度的要求，铁心还是应用三相五柱式的结构，并且为了达到组合式变频器结构的紧凑要求，对铁心截面及绕组的设置均呈矩形。依组合式变压器对于断电的需求而考虑，对带旁轭式结构进行充分的利用，例如三相四柱式的铁心结构就是如此。在某一相断相的故障中第四柱起到了闭合磁路的作用，对其他两个健全相可以正常作业供电起到保护作用，将故障造成的损失降到了最低。

(2)卷铁心。电子变压器是最早对卷铁心进行利用的，尤其是在单项变压器中最为合适。利用晶粒取向硅钢带卷制作而成的单项卷铁心结构可以保证规定取向的方向同磁通流通的方向一致，进而将材料具有的优良特性尽最大可能发挥。不得不说明的是：连续式卷铁心是由硅钢带不出现间歇持续卷制形成，在片形上不存在接缝，但是磁通闭环回路中还有气隙。把卷铁心技术应用于三相变压器中就能够制成平面布置型三相三柱式铁心。其拥有两个完全一样的内框及一个外框。因为其任何一个心柱均由两个不同的框柱所构成，于高磁密之下，磁通于不同的框柱间进行穿越时，此时的磁通回路性能就较差。故此，此类型的卷铁心在结构上有一定的不足。

2.2 立体布置型

在应用的初期渐开线式铁心作为立体布置型三相三柱式结构。此结构最大的优势可以节约硅钢片，但是因为此结构的铁心柱及铁轭衔接处的气隙过大，造成气流的空载及产生的噪音过大，故此，此类型的变压器被淘汰。从节约的角度出发，此种类型的铁轭是立体布置型三相三柱式铁心构架为三相变压器铁心设计比较合理的架构。然而，此理想架构极难同铁心的制造工艺具有的特点紧密结合，对铁心磁通进行回路时的性能无法保证。

3 三相变压器铁心结构发展趋势

3.1 常用结构

当下应用范围最广并且构架最为合理的是平面布置式三相三柱叠片心式铁心。

3.2 指定需求结构

(1)针对部分特种变压器而言，通常运用平面布置型叠片壳式铁心结构。

(2)针对大型的变压器而言，为了能够达到铁心要求的高度，通常对平面布置型三相五柱叠片心式铁心进行充分利用。

(3)针对组合式变压器而言，为达到铁心高度降低的目的，亦或是达到断电保护的要求，可以对带旁轭式心式铁心结构进行充分利用，其中也包括三相五柱式及三相四柱式。可是考虑到旁轭对于铁心性能上的作用，绕组接连必须要运用三角形联结的形式，以达到补偿的目的，而且还能够提升变压器防雷的性能及带单项负载能力。

(4)对于常规的取向硅钢片而言，若退火工艺能够对材料的整体性能有相应的提升，并且能够对三相卷铁心架构的不足进行修补。所以，为了最大程度上发挥卷铁心先进的制造工艺，可以利用常规的取向硅钢片来进行铁心的卷制工作。

(5)对于非晶合金材料而言，因为其特性决定其在受力的情况下材料的稳定性能收到影响，所以，针对其特性要对该类型铁心进行受力方面的防护。其不适合制作成为叠片式铁心，但是却可以制作成为三相四框式的卷铁心架构，对铁心的柱截面进行适当的加大，便能够对三相铁卷心架构的不足进行修补。

4 结语

立体布置型的三相三柱式铁心架构框架可以说是三相变压器中铁心最为合理的结构框架。此类的铁心唯有通过对铁心工艺进行改良及创新，来完成这一最合理结构的实现，其中需要对铁心磁通的回路进行保障，立体结构才能实现大规模的推广应用。对于三相卷铁心而言，结构的缺陷一直存在，在结构的应用发展上很大程度上落后于三相叠片式铁心，还要进行深入的探索。无论对于何种三相变压器铁心而言，其结构上的合理可以推进变压器的改良，进而推动我国电力事业的发展。

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[3]任小宇.基于光纤F-P传感器的变压器铁心振动信号测试研究[J].仪器科学与技术,2010(08).

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董丹(出生于1978年),性别：女,民族：汉族,籍贯(辽宁省盘锦)，现供职单位：国网盘锦供电公司客户服务中心计量室，职称：工程师，学历：大学本科,研究方向：电气工程自动化。