新型变压器的开发和研究.doc

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新型变压器的开发和研究

变压器是电能传输过程中不可缺少的电力设备，它的容量列在所有用电设备之首，而变压器在电力传输过程中自身损耗较大，特别是目前广泛使用的油浸式变压器，它的损耗已超过总线损的50％，所以降低变压器的损耗是降低电网线损的关键。

另外，变压器体积大、笨重、噪声大、所用矿物油污染环境、铁心饱和时产生谐波等问题，促使国内外电力专家不断的进行新型变压器的开发和研究。

1　变压器磁路（铁心）的研究

   在变压器的损耗中，变压器的铁损所占比重很高，而其中的空载损耗更为突出。

为降低变压器的空载损耗，目前在设计变压器时采取的主要措施是改变变压器铁心结构和运用新的铁心材料，由此产生了如卷铁心变压器、非晶合金变压器、新合金变压器等新型变压器。

（1）卷铁心变压器。

变压器铁心由硅钢片带材连续卷绕而成，由于铁心无接缝，所以导磁性能大大改善，变压器的空载电流、空载损耗和运行噪声相对降低，是目前比较先进的节能型变压器。

以容量为315kVA的变压器为例，采用卷铁心结构后，空载电流下降92％，空载损耗下降46.8％，负载损耗下降7.5％，油箱体积减少1/4，重量减轻1/5，空载电流谐波降低80％，运行噪声也降低了13dB。

（2）非晶合金变压器。

非晶合金变压器的铁心材料运用了无向非晶体钢板，与以往的硅钢片相比损耗约为1/3～1/4，是损耗非常低的铁心材料。

无向非晶体钢板比硅钢片的厚度要薄，而且宽度要窄，使用受到局限。

但随着非晶体钢板价格的降低，它的优点将得到认可。

非晶配电变压器是我国"九五"计划重点推广的新型节能产品，节能效果十分显著，用非晶合金材料制造的变压器空载损耗比现行S9型变压器降低70％～80％。

（3）新合金变压器。

据海外媒体报道，铁铌硼锆合金在试验中发现，这种合金有氧化和不易加工等缺点，后来去掉了有磁性的锆，最终开发成功只用铁铌硼三种金属的合金，电力损耗比硅钢片降低9/10。

   使用这种新的合金制造变压器，不仅能够大大减少电力损耗，而且还可节省材料成本、简化制造工艺。

测算表明，用这种新材料制造的变压器，还会减少电力损耗所产生的温室效应，在环保方面也有益处。

2　变压器电路（绕组）的发展

   在变压器的损耗中，尽管变压器的铜损所占比重相对较小，但是变压器绕组内阻的存在，会引起变压器输出电压随负载变化的波动，降低变压器绕组的内阻有利于维持变压器输出电压的恒定，改善变压器的性能，同时也会进一步降低变压器的铜损，从而产生了超导变压器、新绕组导线变压器等新型变压器。

（1）高温超导变压器。

高温超导变压器维持电磁转换原理不变，用超导线材取代了现有的电磁线（铜导线或铝导线），所以需要给变压器创造适合于高温超导材料工作的低温环境。

这样变压器的基本结构，尤其是线圈结构和冷却系统结构，发生了根本性的改变，冷却介质由变压器油或空气改变为液氮。

   高温超导变压器具有过载能力强、尺寸小、重量轻、效率高等优点，还有利于环保，也可以改善整个电力系统的抗短路性能。

国外变压器行业在高温超导体应用于变压器技术上投入了大量的精力和资金，积极开展超导技术的应用研究，并在超导变压器实用化方面取得了许多成果。

（2）绕组导线变压器。

这种新型电力变压器高、低压采用两种不同形式的线圈，高压线圈采用新设计，它的绕组导线由和其并联的绝缘导体组成，而低压绕组不变，这是因为低压线圈电压低，载流量大，如果采用先进线圈，其性能改进并不显著。

新的绕组导线比传统的绕组导线更宽更厚，每段允许更多的匝数，并减少了导线的分段数，而且这种新型电力变压器的线圈是连续的，没有任何交叉和内部屏蔽，交叉换位和焊点也相应减少，几乎不存在人为的铜焊点，绕组数量减少，过负荷能力增大。

由于设计简单，生产费用也有所减少。

新的绕组设计可使变压器损耗减少1/4。

全部费用减少15％。

3　变压器其它性能指标的发展

   由于现代城市的扩大和环保要求的提高，要求变压器具有防爆性、无油化特点，另外由于电力系统中非线性负载的不断增多，电力网的谐波非常严重，因此要求变压器具有很好的隔离作用，将原边和副边的电压隔离，从而解决日益严峻的电力网"谐波污染"问题和电能质量问题。

由此产生了如干式变压器、气体绝缘变压器、电力电子配电变压器等新型变压器。

（1）干式变压器。

环氧树脂浇注干式变压器（简称干变），国外从20世纪60年代生产，技术日趋成熟。

这种变压器有带填料的（石英粉）、纯树脂的、绕包的，各种工艺、结构并存。

干式变压器的主要特色是可靠性高；安全性好。

由于干式变压器的耐热等级高，因而变压器的体积小、重量轻，特别适合于高原、沿海地区及运行条件比较恶劣的环境。

（2）电力电子配电变压器。

电力电子变压器又称固态变压器，是近年来随着电力电子技术发展而引起人们关注的新型配电变压器，它采用最新的电力电子变流技术，将工频交流电转换为高频交流电或直流电，然后用高频变压器进行隔离以实现电压电流的变换，最后将高频交流电转化为工频交流电或将直流电逆变为工频交流电供电网用户使用。

由于电力电子变压器使电网与用户隔离，所以消除了来自电网侧的电压波动、电压波形失真以及电网频率的波动，也消除了由用户端所产生的无功、谐波、瞬时短路对供电电网的影响。

电力电子变压器可以避免传统变压器由于铁心磁饱和而造成系统中电压、电流的波形畸变，从而改善了供电质量。

   电力电子变压器采用了高频变压器，体积将大大减小，价格也将不断下降而低于传统工频变压器。

（3）气体绝缘变压器。

随着国民经济的发展，城市向大型化、繁华化发展，人口密集，高层建筑成群。

城网改造中规定110kV线路进城，变电所以110kV变压器布点。

但是大型变压器在城市中心就好比是一颗颗定时炸弹。

因此，人们开始对SF6气体绝缘变压器重视起来，SF6气体作为绝缘介质具有不燃、无毒、无臭、优越的耐电弧性、很高的绝缘性能。

   由于电力网络中负载的多样性，要求变压器的性能和各项指标也具有多样性，变压器的形式很多，随着电力应用的日益广泛，还会对变压器提出新的要求，所以新型变压器研究的脚步永远不会停下来。