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摘要：介紹了三柱非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的結(jié)構(gòu)、性能特點，并與普通環(huán)氧澆注干式變壓器進行了性能成本,經(jīng)濟效益比較。
關(guān)鍵詞：非晶合金;干式變壓器;結(jié)構(gòu)要點;節(jié)能。
非晶合金干式變壓器是用新型導磁材料(非晶合金)制作鐵心的新型節(jié)能變壓器。它比用硅鋼片作為鐵心的變壓器空載損耗下降70%以上，空載電流下降80%左右，是目前節(jié)能效果較理想的配電變壓器，特別適用于農(nóng)村電網(wǎng)和發(fā)展中地區(qū)等負載率較低的地方。
1.非晶合金材料及其干式變壓器特點
非晶合金環(huán)氧澆注干式變壓器的繞組及夾緊裝置所用材料與普通環(huán)氧澆注干式變壓器基本相同，但是選用的鐵心材料有著很大的差別，選用的是一種被稱為非晶合金的新型高技術(shù)產(chǎn)品。非晶合金是一種厚度為0.03mm左右很薄的磁性材料。它是一定比例的合金原料采用超急冷技術(shù)(冷卻速度107℃/s)，經(jīng)過冷卻浮筒，鑄成的帶狀薄片。與冷軋硅鋼片相比較，非晶合金材料具有五個方面的優(yōu)點，但是也有五個方面缺點。這些缺點給變壓器的設(shè)計與制造帶來了很多困難。
五個方面的優(yōu)點體現(xiàn)在：(1)各向同性的軟磁材料;(2)損耗很低，約為硅鋼片的30%;(3)電阻率高，約為硅鋼片的3倍;(4)后繼工藝處理方便(后繼處理能得到所需要的磁性);(5)制造工藝環(huán)保性好。
五個方面缺點是：(1)厚度很薄，材料表面的平整不理想，鐵心填充系數(shù)約為0.86;(2)硬度遠大于硅鋼片，給切割和加工帶來不便;(3)必須進行退火處理;(4)退火后材料易碎;(5)機械應力對其性能的影響非常大。
由于非晶合金帶材成型的緣故，鐵心的截面一般做成矩形，繞組也做成矩形。在一個軛位有斷口，打開斷口套裝繞組，然后閉合斷口。鐵心采用外購的三相三柱新結(jié)構(gòu)。由于難燃阻燃，可靠性高，免維護等優(yōu)點，非晶合金干式變壓器在配電市場有著廣闊的發(fā)展前景。
2. 非晶合金干式變壓器設(shè)計和工藝要點
2.1鐵心形狀和磁密選取
三柱非晶合金鐵心形狀見圖1。鐵心的有效截面等于鐵心橫截面乘以系數(shù)，即S1=k·S，S1為有效截面，S為橫截面，k為疊片系數(shù)。不同的非晶合金鐵心供應商提供的產(chǎn)品，其k值略有差別，由于非晶合金鐵心的填充系數(shù)較低，k值一般取0.86左右。鐵心截面選取時要考慮到磁通密度在1.3T左右，與硅鋼片的鐵心相比較低，這是因為非晶合金的飽和磁密在25℃只有1.55T，而硅鋼片則有2.03T，且非晶合金飽和后損耗和發(fā)熱十分嚴重，有被單方向磁化的可能。鐵心重量GF等于內(nèi)二個框和外一個框重量。公司開發(fā)的SCBH15-2000/10產(chǎn)品，取磁密B=1.153T，單位損耗0.19W/kg。
三柱非晶合金鐵心與五柱非晶合金鐵心的比較：
三柱鐵心較五柱鐵心在重量上要輕3~5%，在整體制造所耗工時上要少，在空載損耗上略底。三柱非晶合金變壓器屬于新型式設(shè)計，而五柱非晶合金變壓器屬于傳統(tǒng)型式設(shè)計。
圖1 三柱非晶合金鐵心 圖2 高壓線圈(矩形)
2.2工藝系數(shù)和空載損耗
在變壓器制造過程中鐵心框與繞組裝配時，需要打開接縫、套裝繞組和再連接接縫等。這些使鐵心受力的操作會導致裝配后損耗和噪音比裸鐵心有所增加。設(shè)計時要考慮這個增加值，即工藝系數(shù)。空載損耗計算公式如下。
P0=1.2*1.05*1*0.19*GF
1.2—工藝系數(shù)，1.05—重量系數(shù)，1—材料系數(shù)，GF—鐵心重量。
企業(yè)的裝配工裝先進，裝配水平高，工藝系數(shù)就低，空載損耗就低。
2.3矩形繞組
根據(jù)非晶合金變壓器的特殊要求，必須采用矩形繞組。矩形繞組與常規(guī)圓形繞組從設(shè)計、工藝上都有較大區(qū)別。設(shè)計上應當選取合適的繞制裕度，工藝上采取夾具整型，矩形繞組的徑向尺寸得到很好的控制。低壓線圈為箔式樹脂澆注矩形線圈，增加了抗短路能力，出線由銅排完成。
高壓線圈見圖2，為樹脂澆注矩形線圈。
2.4聯(lián)結(jié)組別的選擇
在設(shè)計四框五柱變壓器時選用Dyn11聯(lián)結(jié)較為合適，以避免諧波引起相電壓不平衡現(xiàn)象。在設(shè)計三相三柱變壓器時可以選用Dyn11聯(lián)結(jié)，或Yyn0聯(lián)結(jié)。
2.5機械強度及抗短路能力
非晶合金干式變壓器結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的干式變壓器差異較大，由于非晶合金材料的特殊性，受外加應力后損耗會增加60%左右，噪音也隨之增大，嚴重影響性能。因此必須保證非晶合金鐵心不受外加應力。選擇合適的夾緊和裝配結(jié)構(gòu)。受力從兩方面考慮：靜態(tài)力和動態(tài)力。靜態(tài)力考慮鐵心自重和裝配時的受力。動態(tài)力指受突發(fā)短路的沖擊力。由于繞組采用的是相當成熟的普通環(huán)氧澆注干式變壓器所用的環(huán)氧澆注及箔繞繞組，完全能承受突發(fā)短路的沖擊力。主要考慮采取措施使低壓繞組能自保持，盡量少地把力傳遞給鐵心。
2.6 阻抗電壓計算
矩形繞組非晶合金變壓器阻抗電壓直接計算方法。
Ux=Kx·3.95×10-5·N1I1·(a2L2+a12L12+a1L1)/(EtHx) ,%
Ua=Pk/(10×SN),%
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