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【推荐】详述我国变压器发展及变压器与硅钢片性能的关系

发布时间:2023年01月16日    点击:[1]人次

1我国变压器发展回顾

变压器是电力系统中极其重要的输变电设备,变压器的质量和先进性与电力系统的整体发展密切相关。几十年来,我国变压器行业通过自主创新、引进国外先进技术再创新,使我国变压器从产品品种、技术、质量水平、电压等级、容量都有了巨大进步和大幅提升。目前,我国可以自主制造生产的变压器主要有超特高压变压器、直流输电用换流变压器、油浸式电力变压器、非晶合金铁心变压器、环氧树脂浇注干式变压器、立体卷铁心变压器、预装式组合变电站、组合式变压器、天然酯植物绝缘油变压器等。据不完全统计,我国变压器企业在2000家以上,其中可生产500kV级及以上中大型变压器的企业约30家、可生产220kV级及以上中型变压器的企业约60家、可生产kV级中小型变压器的企业超过2000家,主要企业有沈阳变压器集团有限公司、衡阳变压器有限公司、新疆变压器有限公司、中国西电集团、天威保变电气股份有限公司、西门子(广州)变压器公司、西门子(济南)变压器公司、重庆ABB变压器公司、常州东芝变压器公司等。

沈阳变压器厂于1955年制造了我国第一台110kV变压器、1957年制造了我国第一台220kV变压器、1970年制造了我国第一台330kV变压器、1979年底为中国第一条500kV输电线路研制出中国第一台500kV变压器、1998年率先制造出1000kV变压器。2009年我国首条特高压示范工程——湖北荆门至山西长治的交流1000kV特高压输电线路正式投运,西电西安变压器有限公司、沈阳变压器集团有限公司和天威保变电气股份有限公司为该示范工程研发制造出中国第一批1000kV变压器。2010年我国自主设计建设的南方电云南至广东±800kV特高压直流输电工程建成并投入运行,西电西安变压器有限公司、沈阳变压器集团有限公司和天威保变电气股份有限公司为该工程研发制造了中国第一批±800kV直流输电用换流变压器。截止2017年,我国已在500kV及以上高等级电力变压器以及小浪底工程、三峡工程、青藏铁路工程、观音岩、溪浙、金中等国家重点工程上使用国产取向电工钢。

2变压器性能指标与硅钢片的关系

2.1硅钢片与铁损

变压器铁损就是变压器的空载损耗。变压器的空载性能主要指变压器运行时的空载损耗及空载电流。变压器投入电运行,不论带多大负荷,都有空载损耗存在。要降低电运行的能源消耗,应主要降低变压器空载损耗,见表1。空载损耗的大小主要取决于硅钢片材质,还与铁心设计和制造工艺有关。空载损耗等于铁心中涡流损耗和磁滞损耗之和。

2.1.1涡流损耗

当交变的磁通穿过铁心时,除圈中产生感应电流之外,在铁心片中也产生感应电流,一般称为涡流。由于涡流产生在与磁通垂直的铁心截面上,造成铁心内部的功率损耗,称涡流损耗。涡流损耗由经典涡流损耗和异常涡流损耗组成。铁心为金属导体,由于电磁感应现象,在交变磁场硅钢片内产生感应电势,在铁心内产生环电流,产生涡流损耗。把这部分的涡流损耗称之为经典涡流损耗。由于涡流是铁心中感应电势产生环流,涡流损耗与涡流的平方成正比,所以也就与感应电势的平方成正比,而感应电势的大小又取决于磁通的变化率。当磁通随时间正弦变化时,感应电势的大小就由最大磁通密度Bm和频率来决定。涡流损耗与电阻系数成反比。磁通密度不仅与磁路中作用的磁势及磁阻有关,还与铁心片中涡流有关。工程上采用爱波斯坦试验法确定不同材质的磁化曲线。爱波斯坦试验法不能将磁滞损耗和涡流损耗分开。因此经典涡流损耗与最大磁通密度Bm和与频率的二次方成正比,还与材料的厚度二次方成正比。

2.1.2磁滞损耗

铁磁材料在反复磁化的过程中磁畴反转及旋转时磁畴边界磨擦所消耗的能量损耗称磁滞损耗,磁滞损耗与硅钢片内部的结晶方位、结晶纯度、内部晶粒的畸变等有关。磁滞损耗的大小与频率和磁滞回线的面积成正比。磁滞回线的面积又和最大磁通密度Bm的平方成正比,因此磁滞损耗与最大磁通密度Bm的平方成正比。磁滞回线取决于材料特性,且是磁通密度峰值的函数。磁滞损耗占铁心损耗的80%。

2.2硅钢片与空载电流

变压器空载电流包括有功分量和无功分量。有功分量是正弦波,其大小几乎只取决于铁损,所以称有功分量为铁损电流。这是因为由励磁电流产生的铁损小得可以忽略不计,空载电流的功率因数一般为0..2。空载电流的无功分量是由一次绕组产生的,等于外施电压的感应电势所必须的磁通所决定的,它纯用于维持变压器励磁,故称为励磁电流,它是空载电流的主要组成部分。在额定电压下,大容量的变压器空载电流约占额定电流1%-2%,小容量可达到10%。变压器空载电流的大小与硅钢片的单位磁化容量和铁心接缝的磁化容量密切相关,要求硅钢片具有低单位磁化容量。

2.3硅钢片与铁心温升

变压器运行时,铁心温升的限值取决于硅钢片材料的居里温度,同时受到铁心硅钢片表面绝缘涂层耐高温性能的限制。取向电工钢产品表面均涂以一层无机绝缘涂层,该涂层具有优异的涂层特性:层间电阻高,确保良好的层间绝缘性;冲片性能优,涂层与底层紧密结合,具有良好的附着性,可防止加工时涂层脱落;表面涂层均匀且薄,具有优异的叠片性能,即叠装系数高;耐热性能好,涂层能承受800℃退火,且不被损坏;耐蚀性能好,涂层与冷却油、绝缘油、机械油及氟里昂、防冻油等不相容,免受侵蚀。

2.4硅钢片与噪声

减少硅钢片的磁滞伸缩,可以有效降低空载变压器的噪声。

2.5硅钢片与叠装系数

叠装系数是反应变压器制造水平的一个重要指标,与硅钢片的质量密切相关,影响因素主要有:硅钢片厚度、同板差、表面厚度公差、平整度,绝缘层厚度及绝缘层厚度公差、冲孔和剪切加工过程中的毛刺、波浪度以及叠装方式和夹紧力等。

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