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简述取向硅钢质量对变压器的影响及改善措施

阅读量:1012017-12-25

取向电工钢是电力工业不可缺少的重要软磁材料,主要用作变压器铁心。取向电工钢分为普通取向电工钢和高磁感取向电工钢两类。

目前我国变压器正在向节能型,低噪声及智能高可靠性方向发展,其核心部件冷轧取向电工钢对变压器的空载损耗与噪声水平的影响最为突出,因此,更低损耗的高磁感电工钢和更低磁致伸缩的取向电工钢将是未来的研发方向。

此外,取向电工钢在加工为变压器的过程中极易产生应力,进而导致其单向导磁性能降低。为了让读者深入了解变压器用电工钢的品种质量特性、未来的发展趋势以及深加工技术,本报特组织该专题,以飨读者!

取向硅钢质量对变压器的影响及改善措施

变压器主要向两个方面发展,一是向特大型超高压方面发展,电压等级由220V、330V和500kV向750kV、1000kV发展;二是向节能化、小型化、低噪音、高阻抗、防爆型发展。这些产品以中小型产品为主,如目前在城网、农网改造上被推荐采用的S13型配电变压器及一级能效标准的变压器。

未来我国变压器的发展是向节能型、低噪声及智能高可靠性方面发展。其中变压器的核心部件冷轧取向硅钢对变压器的空载损耗与噪声水平的影响最为突出,在发达的工业国家,因变压器取向硅钢铁损而耗费的电能,约占总发电量的4%左右。

1、取向硅钢质量对变压器的影响

冷轧取向硅钢性能和质量的好坏直接影响变压器的性能。取向硅钢的性能和质量主要表现在:

◆铁损是取向硅钢质量的最重要指标,世界各国都根据铁损值划分牌号,铁损愈低,牌号愈高,节能更明显;◆磁感应强度:高的磁感应强度可使电机和变压器的铁心体积与重量减小,节约取向硅钢、铜线和绝缘材料等,同时降低变压器噪音;◆表面光滑、平整和厚度均匀,可以提高铁心的填充系数;◆冲片性好,对制造微型、小型电动机更为重要;

◆表面绝缘膜的附着性和焊接性良好,能防蚀和改善冲片性;◆基本无磁时效。

1.1低铁损

优质的取向硅钢能降低变压器损耗和噪音,增加变压器铁心的叠装系数,降低变压器成本。下面就取向硅钢质量和变压器的性能关系进行分析:单位损耗低的取向硅钢节能效果明显,同时可以降低变压器制造成本。如目前国网招标要求的S13变压器必须要用优于095牌号的取向硅钢,否则成本加大,且性能不能符合要求,如S13-M-400/10变压器,采用085牌号设计的取向硅钢用量约减少5%,铜用量约减少10%,总体成本约降低2%;目前在推广的S14一级能效变压器必须采用优于090牌号的取向硅钢,才能达到用户的品质需求。所以采用优质低损耗取向硅钢是变压器节能和控制成本的最好选择。

1.2高磁感应强度

优质取向硅钢具有更高的磁感应强度。采用高磁感应强度取向硅钢制造的变压器可以承受更高的过电压,并可以降低变压器的噪音,符合绿色环保的要求。如一台SCB10-1000/10的干式变压器在采用27Q120时的噪音为声压级50分贝,当采用更高牌号的090牌号取向硅钢后,噪音水平只有声压级46分贝。

1.3高的表面质量

优质取向硅钢表面光滑、均匀,具有更好的平整度,如采用宝钢P090取向硅钢做卷铁心变压器,按正常应采用0.96的叠片系数,而实际检测已经达到0.973的水平,不但降低了损耗约3%,还降低了变压器噪音。同时优质的取向硅钢使制造的变压器铁心具有更好的精准控制尺寸,使变压器装配更加方便,减少不必要的返工,产品的制造效率更高,一致性更好。

1.4更好的剪切性能

优质的取向硅钢应具有更好的剪切性能,有些取向硅钢虽然具有较低的单位损耗,但是其物理抗剪切能力不够,剪切损耗大,直接影响变压器的性能和损耗水平,特别是使用在小的配电变压器、剪切偏宽比较小的取向硅钢时,影响更加明显。如一款采用090牌号设计的变压器,采用某公司085牌号的取向硅钢仍然不能满足变压器的性能要求,该085牌号的取向硅钢剪切后的性能水平仅达到095牌号的性能水平。

1.5更小的磁滞收缩性

优质的取向硅钢应具有更小的磁滞收缩性,变压器噪声产生的主要原因之一是取向硅钢铁心的磁滞伸缩。磁滞伸缩就是取向硅钢在磁化过程中,铁磁体的长度发生变化。取向硅钢的磁滞伸缩与有无表面绝缘涂层有很大关系。涂层对取向硅钢的拉力,可抵消由于材料和变压器装配中所产生的压应力,从而可降低变压器的噪声。

无涂层的取向硅钢对压应力是很敏感的,随着承受压力增大,磁滞伸缩数值急剧上升,而有涂层的钢片,则随压应力增加磁滞伸缩值增加不明显,说明对压应力不敏感。所以希望取向硅钢的磁滞伸缩小,以减小其对应力的敏感性,同时,还可降低噪声。由于变压器铁心在装配中会产生应力,因此有必要降低材料对应力的敏感性。

由于有涂层,取向硅钢磁滞伸缩时对应力敏感性减弱,变压器噪声也随之降低。同时,一般取向硅钢上涂绝缘涂层后仍有降低单位重量损耗的作用,对P1.7/50单位重量损耗可降低9%-14%。绝缘涂层的质量最好在5g/m2以上。根据使用经验采用高导磁、磁滞收缩性小的取向硅钢可以降低变压器噪音3-5分贝。

2.改善变压器品质的措施

如何针对现有的取向硅钢提高变压器的品质,降低变压器的损耗,降低噪音和变压器制造成本,应从以下几个方面着手进行

解决

1)减少离缝,增加叠片级数。根据实验,离缝控制在0.5mm,叠片级数5级比级降低空载损耗约1.5%,7级比5级约降低

1%,9级比7级约降低0.6%。

2)减小剪切应力,控制剪切毛刺小于0.02mm,有助于降低空载损耗约15%,特别是对纵剪切线的改造,控制毛刺小于

0.01mm,增加剪切速度,控制起卷应力对取向硅钢的影响,尤其是对应力比较敏感的取向硅钢,效果比较明显。取向硅钢

的剪切质量,直接影响铁心的叠装质量和变压器产品的性能。当前,大多数中、小型变压器厂,工艺附加系数在1.1-1.35之间,小容量变压器取上限值,有时比上限值还大,使得小容量变压器材料用量增加。因此提高取向硅钢的剪切质量,可降

低工艺附加系数,降低产品成本。

3)必要的时候对剪切好的取向硅钢进行退火,一般可以降低损耗约5%。

4)在铁心端面上涂环氧胶或聚酯胶,可增加铁心表面张力约束,也可以起到减少磁滞伸缩量、降低噪声的作用。

5)采用立体卷铁心结构,降低变压器铁心重量,达到降低变压器空载损耗的目的

6)采用变压器铁心自动流水线或自动叠片方式,减少取向硅钢生产过程中搬运和人工操作对取向硅钢质量的影响,确保变

压器铁心质量的稳定。

7)采用优良的变压器铁心剪切设备,减少设备在剪切过程中对取向硅钢性能的影响。根据经验好的剪切设备可以比目前普通的剪切设备降低变压器空载损耗至少5%,同时也降低变压器的噪音。