立体卷铁心节能技术
广东海鸿变压器有限公司
一、 背景
我国对于节能减排的重视程度越来越高，在“十二五”计划中提到2015年要实现节约能源6.7亿吨标准煤。政府采取了一系列的政策措施加大节能减排的力度。
GB20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》标准于2013年10月1日实施，规定变压器生产及销售至少应达到能效三级。
2012年年底，《节能产品惠民工程高效节能配电变压器实施规则》出台，促进了高效节能变压器的推广。海鸿 公司积极响应国家政策，共有136个产品规格被纳入推广目录。
随着国家节能减排政策的推广，市场也对变压器提出了新的要求，节能型变压器渐渐成为了市场的主流产品。
二、 立体卷铁心技术特点
传统的变压器铁心结构一般为叠片式或平面卷铁心式。立体卷铁心是一种突破传统平面结构的变压器铁心，是三个由若干根梯形料带依次连续卷绕而成的铁心单框拼合而成，三个单框呈三相对称立体式结构。
1. 三相平衡
立体卷铁心是由三个相同的单框拼合而成，三个心柱呈等边三角形排列，三个心柱的磁路长度完全一致，且最短，三个心柱损耗一致，因而三相平衡，这对于提高供电质量及将来智能电网普及均有极大好处。
2. 省材
1） 硅钢片材料节省
立体卷铁心材料利用率可接近100%。另外在材质相同，铁心有效面积、窗高、窗宽等参数相同的情况下，相同性能水平的立体三角形卷铁心变压器比叠铁心节省硅钢片累计约20％或以上。
2）电磁线节省
立体三角形卷铁心心柱横截面呈准多边形，截面填充系数可达0.95～0.96，而叠铁心的心柱横截面呈阶梯形，截面填充系数为0.89～0.925，故在相同横截面积的情况下，立体卷铁心绕组平均匝长短，即节省铜材8%。
立体卷铁心变压器硅钢片可节省20%～30%左右，铜材节省5%～8%左右。据测算，如果全国每年新增的配电变压器都使用立体卷铁心变压器，一年可节省硅钢片10万多吨、铜材1万多吨，产品运行节能量折算标准煤145万吨，节约电费约30.88亿元，间接减排CO2约377万吨，间接减排SO2约2.9万吨。
3. 空载损耗低
由空载损耗计算公式进行分析:P0 =K0 ×G×Pt
式中，Pt 是铁心的单位重量损耗，由磁通密度B决定；K0是工艺系数；G是铁心总重量。
立体卷铁心的重量比叠片铁心减少20%以上，因此空载损耗也大大地降低。另外立体三角形卷铁心工艺系数可以达到1.05～1.1，而叠铁心工艺系数为1.15～1.3，因此K0也降低。
假设每年电网新装30000台500kVA的油浸式变压器，如果空载损耗降低5%，则可节省1020度电每小时，批量运行后能有效降低电网的线损，为国家节省大量电能。
4. 空载电流低
空载电流的无功部分产生磁通，有功部分则产生空载损耗。叠铁心变压器铁心叠装的接缝处形成磁路中的空气隙，是高磁阻的磁通饱和区，造成能量损耗，同时磁通方向经过多个角部产生损耗，增大了磁阻，因此空载电流也增大。
立体三角形卷铁心变压器铁心无接缝，没有因接缝处形成的空气隙带来的损耗，并且三相磁路完全相等，磁通方向与硅钢片晶粒取向完全一致，大幅度地降低空载损耗和空载电流。
空载电流小，对于供电系统具有极大好处：一可以降低网络损耗；二提高网络功率因数；三提高供电网设备的有效利用率；四减少无功补偿设备的投入，可大大节省设备投资和运行费用。
5. 抗短路能力强
立体卷铁心变压器夹件为三角形框架结构，焊接成一体，由于三角形的稳定性，因此整体强度高、不易变形。夹件对线圈的压持面积增加16%，受短路电动力作用时线圈圆周上各点受力均匀，因此极大增强了抗短路能力，为供电系统的可靠性提供了有力的保障。
6. 噪声低、电场磁场低
叠铁心是由一定形状的硅钢片按规律叠成，硅钢片之间不够紧密，工作时在电磁力的作用下产生振动，故噪声较大。而立体卷铁心是由几种规格梯形料带依次卷绕而成，硅钢带之间较紧密，导磁方向与铁心的磁路方向完全一致，工作时振动小，一般可比叠铁心变压器降低10dB(A)～25dB(A)，基本达到静音状态。立体卷铁心紧凑、对称的线圈结构可大大降低变压器周围的杂散磁场。空间漏磁小，减少电磁辐射。采用立体卷铁心结构变压器最大限度地减少了变压器对于城市居民的影响。
三、 社会效益
据测算，目前全国还有约110万台S7及以下系列高损耗变压器在线运行。以油浸式变压器平均容量500kVA计算，如果这部分变压器更换为二级能效油浸式变压器，每年可节约670.2万吨标准煤，折算为节约146.0亿元电费，可减少1756万吨二氧化碳的排放；更换为一级能效油浸式变压器每年可节约892.3万吨标准煤，折算为节约194.4亿元电费，可减少2337万吨二氧化碳的排放。
四、 总结
该技术广泛应用在10kV、20kV、35kV及以下电压等级，20000kVA及以下容量的油浸式立体卷铁心变压器，及5000kVA及以下容量的干式立体卷铁心变压器。110kV电压等级20000kVA的立体卷铁心油浸式电力变压器已研发成功。至今已有13万台产品挂网运行，同时，立体卷铁心也成功应用在整流、光伏风电、核电站、地埋用、发电厂励磁、轨道交通牵引、接地用、自耦用、强油水冷、船用、港口码头用、采油平台用等特种变压器及多用途多领域。
立体三角形卷铁心变压器，作为新型节能型变压器产品，无论是从生产制造成本还是从用户使用的经济性上，与传统变压器相比有很大竞争优势，是制造和使用双节能产品，发展前景广阔。立体卷铁心变压器由于拥有性能、生产成本、使用经济性等多方面优势，未来将成为变压器行业的主流产品。
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