非晶合金立体卷铁芯变压器技术特性浅析

龙丽琼 刘长英

（海鸿电气有限公司，广东江门529339）

0 引言

在国家节能环保的政策支持下，非晶合金变压器在配电领域得到了广泛运用。随着技术水平的不断提升，配电领域的新秀——非晶合金立体卷铁芯变压器技术得到了飞速发展，目前有两类产品，一是闭口式非晶合金立体卷铁芯变压器，二是开口式非晶合金立体卷铁芯变压器。近年来，非晶合金立体卷铁芯变压器备受关注，也有一些公众平台发表了相关文章，市场上也希望更加深入地了解这种变压器。

我公司作为闭口式非晶合金立体卷铁芯变压器的首创者，是目前最大的非晶合金立体卷铁芯变压器生产厂家，也是在世界范围内推动立体卷铁芯技术发展的主要厂家之一，拥有超过10年的硅钢立体卷铁芯变压器生产历史，目前具备110 kV及以下电压等级的立体卷铁芯技术。

本文将根据参加2017年德国汉诺威电工博览会的资料、自身的制造经验以及数万台产品的运行实践，来谈谈闭口式非晶合金立体卷铁芯变压器的特性，以及它和非晶合金平面卷铁芯变压器的区别。

谈到立体卷铁芯，相关人士一般都会了解硅钢立体卷铁芯变压器和硅钢平面铁芯变压器的差别[1]。立体卷铁芯以其完美的结构给变压器带来了一系列优势，是传统平面铁芯变压器难以比拟的，现在国家电网和南方电网的招标中一般都会注明优选卷铁芯。但非晶合金立体卷铁芯变压器与非晶合金平面卷铁芯变压器的区别却和硅钢立体卷铁芯变压器与硅钢平面铁芯变压器的区别不尽相同。

1 非晶合金立体卷铁芯变压器特点分析

非晶合金立体卷铁芯变压器主要有以下优点：

1.1 铁芯强度高

如图1所示，非晶合金立体卷铁芯采用三个单框组成，每个单框由非晶带材连续卷绕而成，非晶带材之间卷绕紧密，闭口结构，不存在搭接和搭接气隙。铁芯采用整体固化技术，固化后，铁芯形成一个完整的刚体，强度高，在生产过程中铁芯不需要再打开装配，几乎不产生碎片。

相对来说，非晶合金平面卷铁芯，无论是三框三柱还是四框五柱的铁芯，每个铁芯框都需要打开装配线圈，再将铁芯搭接，并用环氧胶将其粘好。这个过程中肯定会产生碎片，产品质量对于铁芯搭接的工艺要求十分高。否则，运输和运行都有可能因振动使得搭接处产生更多的碎片。单框的非晶合金平面卷铁芯如图2所示。

因而，从产品稳定性的角度来看，闭口式非晶合金立体卷铁芯强度高这个优点是比较明显的。

图1 非晶合金立体卷铁芯

图2 非晶合金平面卷铁芯

1.2 线圈为圆形，抗短路能力强

近几年，电网公司对非晶合金变压器的短路试验考核严格程度为历史之最，实际抽检情况并不理想，变压器是否能通过短路试验成为困扰制造商的首要难题，而抗短路能力强正是非晶合金立体卷铁芯变压器的最大优点之一。之所以具有抗短路能力强的特征，是因为非晶合金立体卷铁芯的芯柱、高低压线圈均为圆形。圆形线圈的受力如图3所示，受力非常均匀，对突发短路产生的幅向力有很强的耐受能力。非晶合金平面卷铁芯变压器的线圈为矩形，矩形线圈的受力如图4所示，矩形结构会导致受力不均匀，受力线圈容易变形。因而机械强度高可以认为是圆形线圈变压器相比较于矩形线圈变压器的明显优势。

图3 圆形线圈受力简图

图4 矩形线圈受力简图

值得注意的是，GB 1094.5—2008《电力变压器第5部分：承受短路的能力》中4.2.7.4条对两种变压器短路试验后阻抗变化规定是不相同的，标准规定圆形箔绕线圈的变压器阻抗变化不大于4%，矩形线圈的变压器阻抗变化不大于7.5%。换而言之，同样性能要求的产品，立体卷铁芯变压器是按照更严格的短路试验要求来执行的。而标准之所以将矩形线圈的变压器短路阻抗变化定为7.5%，是考虑到矩形线圈在短路力中易出现较大变形量。

1.3 线圈为圆形，温升均匀

关于非晶合金变压器温升的计算，可采用三维温度场和二维温度场相结合进行。平面非晶合金变压器因其线圈为矩形结构，两相之间经常不设计气道或油道，使得相间温度、局部热点温度存在过高风险[2]。非晶合金立体卷铁芯变压器的三相线圈均为圆形，且呈立体三角形布置，所有的散热气道或油道沿圆周均匀布置，从结构上杜绝了局部热点过高的情况，对于变压器长期稳定运行起着非常重要的作用。而设计矩形线圈时，为了节约产品材料用量，降低成本，行业内默认，相与相之间不设计油道，油道设置在铁芯窗以外的两端，这样会造成线圈热点不均匀的隐患。

1.4 三相完全对称，三相平衡

非晶合金立体卷铁芯磁通分布及各相磁回路磁通相量情况如图5所示，可见三相磁路长度一致，三相完全对称平衡，变压器在运行时输出三相平衡电压。

图5 非晶合金立体卷铁芯磁通分布及各相磁回路磁通相量图

1.5 无气隙，噪音低

非晶合金立体卷铁芯是由非晶带材连续卷绕而成的闭口无接缝结构，铁芯励磁时，其磁阻小，磁路连贯。此结构完全避免了非晶合金平面卷铁芯因铁芯接口搭接，使得磁路增大而带来的噪音增大问题，最大限度地减少了变压器运行时的噪音。

1.6 体积小，漏磁小

非晶合金立体卷铁芯变压器结构紧凑、体积小，同等性能条件下，其电磁辐射仅为非晶合金平面卷铁芯变压器的一半，更适合在城市和农村建设中使用。

1.7 节能

油浸式非晶合金立体卷铁芯变压器的团体标准计划于2017年年底发布，该标准中空载电流比现有平面非晶合金变压器下降约50%，充分体现了该结构的节能特性。