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电力变压器用取向硅钢的发展趋势

发布时间:2019-08-17      点击次数:30

1、我国电力变压器制造工艺发展趋势


电力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新S13、S15型配电变压器。


我国将来变压器发展方向仍是节能型,低噪声及防火防爆型,高可靠性方面发展。


2、取向硅钢材质对电力变压器性能的影响


在发达的工业国家,因变压器取向硅钢铁损而耗费的电能,约占总发电电量的4%左右。为此,降低取向硅钢的铁损一直是国内外硅钢企业长期致力研究的重要课题。铁损可分解为涡流损耗和磁滞损耗。

就硅钢材质而言,降低取向硅钢铁损的主要手段是增大含硅量,减小板厚及磁畴细化技术。


(1)增大含硅量

目前工业生产的含硅质量分数量达3.0%以上。一旦增加到6.5%,则硅钢损耗明显下降,是400Hz~10kHz频率范围使用的最佳材料。


(2)减小板厚

目前采用的取向硅钢,厚度越来越薄,0.35mm的已淘汰,一般厚度为0.3mm、0.27mm、0.23mm、0.18mm,这样可以降低取向硅钢的涡流损耗。


0.20mm取向硅钢薄带可在400Hz或400Hz以下使用,此时磁感应强度达1.5T,其铁损较低。


0.15mm取向硅钢薄带在工作频率为1kHZ时,当磁感应强度达到1.0T,其铁损值小于30W/kg,故可以认为,此种规格薄带在1kHz或1kHz以下的工作频率下使用均是合适的。


0.10mm及0.08mm取向硅钢薄带在工作频率为3kHz以下时使用是较为合格的。当频率达3kHz时,0.10mm取向硅钢薄带选用的磁感应强度为0.50T左右。同等条件下,0.08mm规格选用的磁感应强度值可以略高些,如0.50~0.80T。


0.05mm取向硅钢薄带当工作频率为5kHz时.磁感应强度值可为0.5~0.6T。所以0.05mm取向硅钢薄带在上述5种规格薄带中适用范围最广,在5kHz及5kHz以下使用都是合适的。


(3)细化磁畴

刻痕技术:日本Narita作了刻痕对取向硅钢畴结构和损耗影响的报导,指出如刻痕垂直于带

材的[001]方向,即能有效地降低畴壁问距和涡流损失。


激光加工技术就是利用它快速加热和冷却的特点,对取向硅钢片表面作划线处理,促进加热区产生微小塑性变形和高密度位错,减少主畴壁长,并同时产生残余张应力,达到细化磁畴和降低铁损的目的。


激光加工有两种方式:脉冲和连续激光加工。


3、取向硅钢材质表面对电力变压器噪声的影响


变压器噪声产生的主要原因之一是取向硅钢铁心的磁致伸缩。

磁致伸缩就是硅钢片在磁化过程中,铁磁体的长度发生变化。取向硅钢在磁致伸缩与有无表面绝缘涂层有很大关系。涂层对硅钢片的拉力,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。无涂层钢片对压应力是很敏感的。承受压力增大,磁致伸缩数值急剧上升,而有涂层的钢片,则随压应力增加磁致伸缩值增加不明显,说明对压应力不敏感。但对压应力的敏感性特别大。所以希望取向硅钢的磁致伸缩小,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,取向硅钢磁致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,对铁损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。


4、高磁感取向硅钢对电力变压器空载损耗、噪声水平的影响


Hi—B高磁感取向硅钢的优点如下。


(1)磁化特性优良

磁化特性通常以800A/m时的磁感值衡量其优劣。Hi—B高磁感取向硅钢在800A/m下的相对导磁率约为1920,而CGO钢为1820。采用Hi—B高磁感取向硅钢做铁芯材料减少空载损耗节能是最有效的。


(2)磁致伸缩低

磁致伸缩是指铁芯在交流磁化时沿磁化方向发生了长度伸缩,是变压器噪声产生的一种主要原因,由于Hi—B高磁感取向硅钢磁致伸缩低,所以大大降低变压器的噪音,减少环境污染。


5、电力变压器铁芯加工工艺的影响


取向硅钢在制造加工过程中,会受到剪切应力的作用及人力摔打碰撞。机械加工及人为的外部劣化因素对硅钢片单位损耗影响非常大,有时会使单位损耗增大3.08%~31.6%。


取向硅钢纵剪所产生的毛刺:若剪切质量差,尺寸偏差大,当叠装铁芯时,就会造成片间离缝大,搭头多,铁饼片参差不齐,从而造成空载电流增大,甚至超标,若去毛刺后单位损耗就会下降。试验得到,30QG120去毛刺后单位损耗P1.5下降2.1%~2.6%,平均值为2.3%,P1.7下降1.6%~3.5%,平均值为2.5%。


提高取向硅钢剪切质量,减小毛刺,同时提高平整度,并对铁芯芯柱施加适当的夹紧力。变压器厂反馈的信息是,毛刺降低0.02rnrn,总叠积厚(夹紧处)降低2~3mm,噪声就下降3~4dB。故毛刺应控制在0.03mm以内。


取向硅钢需要经过剪裁、冲压、叠装,这样会产生内应力,从而使晶粒变形,导致磁导率下降,比铁损增加。取向硅钢在剪裁、冲压、叠装等加工过程中产生的应力,经退火处理后,能使冷轧取向硅钢的比铁损下降约30%。

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