R型電力變壓器的特點(diǎn)及性能
| 1前言 R型變壓器是日本20世紀(jì)80年代研制成功的一種高技術(shù)、高性能、節(jié)能型的新穎電子變壓器。它的結(jié)構(gòu)獨(dú)特、外觀新穎，具有體積小、漏磁少、溫升低、噪聲低的特點(diǎn)。它的空載損耗、負(fù)載損耗小等優(yōu)良電性能均勝過同容量的其它電子變壓器。R型變壓器的出現(xiàn)，當(dāng)時(shí)被稱為變壓器的一次革命。 在20世紀(jì)80年代末到90年代初，R型變壓器傳入我國，很快被我國電子行業(yè)重視。但進(jìn)口一臺日本的R型鐵芯硅鋼帶開料機(jī)價(jià)格高達(dá)50萬美元。進(jìn)口一臺電子變壓器繞線機(jī)也要3萬美元。上海地區(qū)有一部分科技人員從90年代初開始，決心開發(fā)國產(chǎn)的R型變壓器制造設(shè)備，生產(chǎn)中國自己的R型變壓器。經(jīng)過10年的努力，從多次失敗中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)開發(fā)，終于開創(chuàng)出一條開發(fā)R型變壓器的各種專用設(shè)備國產(chǎn)化的道路，取得了成功。 在這個過程中，先后有不少人付出了精力和代價(jià)。最早投入研制的是上海儀表變壓器廠，首制了一臺由凸輪控制的硅鋼帶開料機(jī)，申請了專利。接著是上海電機(jī)廠與東華大學(xué)共同開發(fā)了一臺由計(jì)算機(jī)控制的硅鋼帶開料機(jī)，同時(shí)生產(chǎn)出單相和三相R型鐵芯，也申請了專利。2年后，上海大德電腦公司許大東、張明德等在前人的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上試制成功一臺由單板機(jī)控制的硅鋼帶開料機(jī)（單根開料）和R型鐵芯卷繞機(jī)及R型變壓器繞線機(jī)，并建成R型變壓器生產(chǎn)線，生產(chǎn)出我國第一批R型變壓器。上海上科實(shí)驗(yàn)研究所在大德電腦公司之后，相繼研制成功能夠進(jìn)行雙根硅鋼帶套裁的電腦控制的硅鋼帶開料機(jī)，提高了材料的利用率，由65％提高到85％，降低了成本，也擴(kuò)大了市場。到1997年，全國電子變壓器行業(yè)協(xié)會開始制訂中國R型電子變壓器和R型鐵芯的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)已報(bào)送中華人民共和國信息產(chǎn)業(yè)部審批，待發(fā)布。 經(jīng)過10年的努力，R型電子變壓器的國產(chǎn)化取得了成功，意味著我國R型電子變壓器的生產(chǎn)制造技術(shù)和加工工藝日趨成熟，已經(jīng)掌握了制造R型變壓器的相關(guān)技術(shù)。 2R型電力變壓器的開發(fā) 1997年，上海宏德變壓器有限公司突破常規(guī)，在用戶需要的基礎(chǔ)上，自行投資、設(shè)計(jì)制造了一套大型的生產(chǎn)電力變壓器R型鐵芯硅鋼帶開料機(jī)。同時(shí)，也開發(fā)了相應(yīng)的R型鐵芯卷繞機(jī)和R型電力變壓器繞線機(jī)，組建了一條由國產(chǎn)設(shè)備組成的制造R型電力變壓器的生產(chǎn)線，開始生產(chǎn)R型電力變壓器。從而使R型電子變壓器擴(kuò)展到R型電力變壓器，從設(shè)計(jì)方法到生產(chǎn)工藝等都取得了一定的突破，為今后開發(fā)R型電力變壓器奠定了基礎(chǔ)。 表1S11-M-630/10與S9-630/10的技術(shù)性能比較 產(chǎn)品型號 額定容量/kVA 額定電壓 聯(lián)結(jié)組 空載損耗/W 負(fù)載損耗/W 空載電流/％ 阻抗電壓/％ 重量/kg 軌矩/mm 外形尺寸/mm 高壓/kV 高壓分接范圍/％ 低壓/kV 器身重 絕緣油量 總重 S11M630/10(R型) 630 6～11 5 0.4 YyDo 840 6200 0.27 4.5 1450 390 2280 660 1580×920 ×1500 S9630/10（疊片型） 630 6～11 5 0.4 YyDo 1200 6200 0.90 4.5 1345 425 2195 660 1955×1325 ×1880 1998年，上海宏德變壓器有限公司制造的S9－630/10和S11－630/10R型電力變壓器，經(jīng)過“國家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心”測試結(jié)果顯示，SRB11R型電力變壓器的空載損耗比同容量S9型變壓器下降30％以上，空載激磁電流下降70％以上，它的噪聲也比S9變壓器低8dB以上。表1示出兩種變壓器的技術(shù)性能。 近2年來，結(jié)合國家電力系統(tǒng)“兩網(wǎng)”改造的要求，電力變壓器行業(yè)提出了R型電力變壓器的新概念。上海地區(qū)有3家單位在過去開發(fā)R型電子變壓器的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)改造，開發(fā)了R型電力變壓器鐵芯硅鋼帶開料機(jī)，以滿足國內(nèi)制造R型電力變壓器的需要。R型鐵芯卷繞機(jī)可以采用階梯形卷鐵芯的卷繞機(jī)，但必須在卷繞機(jī)之前（工序）附加一套“曲線形硅鋼帶中心導(dǎo)向裝置”。R型電力變壓器的繞線機(jī)也可采用階梯形卷鐵芯變壓器的繞線機(jī)。 目前市場上供應(yīng)的制造R型電力變壓器的各種專用設(shè)備，在設(shè)計(jì)、加工及工藝等方面，還存在某些不足之處，有待于通過生產(chǎn)實(shí)踐的檢驗(yàn)進(jìn)行不斷地改進(jìn)，以提高設(shè)備的精度和生產(chǎn)效率，達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的要求。可以預(yù)見，在今后的半年至一年左右，新一代的硅鋼帶開料機(jī)以及相關(guān)設(shè)備將會以新的恣態(tài)投放市場。 3R型電力變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 為使有戶對R型電力變壓器有更好的理解，我們可以先從通常的電力變壓器鐵芯制造工藝作一簡單的介紹。目前大多數(shù)變壓器的生產(chǎn)仍采用疊積式或用鐵芯制作電力變壓器，鐵芯選用的材料是厚度為0.3mm(也有0.35mm)的冷軋取向型硅鋼卷料，將其縱向剪切成一定寬度的帶料后，再橫向切（亦稱科剪）成一定長度的條料，其中用作鐵軛的條料還須沖裁缺口，然后拼裝出3相鐵芯。這種傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)的鐵芯，橫截面不易夾緊，占空系數(shù)為90％，在每相磁路中氣隙個數(shù)較多，鐵芯加工和組裝后不退火，造成空載損耗大，運(yùn)行時(shí)噪聲也較大。 為了提高鐵芯的性能，采用分級卷繞成不切剖的、橫截面為階梯形的鐵芯，通稱為階梯型卷鐵芯，并進(jìn)行退火處理。采用這種階梯形卷鐵芯制成的電力變壓器，空載損耗、負(fù)載損耗及噪聲等指標(biāo)比疊積式鐵芯變壓器有所提高，但它的橫截面占空系數(shù)也只有90％左右，不但銅的用量大，負(fù)載損耗也增大。如果提高其橫截面的占空系數(shù)，就要增加階梯的級數(shù)，也就增加了生產(chǎn)加工的難度，這種鐵芯的級數(shù)一般在5～7之間。 R型電力變壓器鐵芯的制造方法和加工工藝，與上述兩種鐵芯有很大區(qū)別，作為最新型的R型鐵芯，其選用的材料是厚度為0.3mm（或更薄一些）的冷軋有取向的高導(dǎo)磁硅鋼帶料，R型鐵芯是由一根經(jīng)過正確計(jì)算的在一臺由計(jì)算機(jī)控制的曲線形硅鋼帶開料機(jī)上進(jìn)行加工開料，形成兩頭窄中間寬的特殊的曲線型硅鋼帶，將這根特殊的硅鋼帶通過專用的R型鐵芯卷繞機(jī)卷繞而成。R型鐵芯的外觀光滑，呈橢圓形（單相），如圖1所示。鐵芯柱的橫截面為圓形，如圖2所示。R型鐵芯不必切割，是一個整體，鐵芯柱的橫截面占空系數(shù)達(dá)到99％。鐵芯磁路中的氣隙很少，空載損耗小，負(fù)載損耗小，噪聲低。相同橫截面的R型鐵芯的周長比階梯形鐵芯的周長減少4％～6％,繞制變壓器時(shí)可節(jié)約銅線3％～4％。3相R型鐵芯。 4R型電力變壓器的生產(chǎn)設(shè)備與工藝簡況 制造R型電力變壓器的設(shè)備有曲線形硅鋼帶開料機(jī)（關(guān)鍵設(shè)備），R型鐵芯卷繞機(jī)，R型變壓器繞線機(jī)，退火爐，其它專用夾具等。 4.1曲線型硅鋼帶開料機(jī) 曲線型硅鋼帶開料機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，由計(jì)算機(jī)控制，依據(jù)R型電力變壓器的設(shè)計(jì)要求，在開料機(jī)電腦程序中設(shè)定加工參數(shù)后，進(jìn)行自動程序控制，裁剪出符合設(shè)計(jì)要求的R型鐵芯硅鋼帶料。 R型鐵芯硅鋼帶的開料原理是把R型鐵芯理解為由一層接一層地把不同寬度的硅鋼帶卷繞而成，理論上的R型鐵芯硅鋼帶展開圖如圖4所示。 圖5是由計(jì)算機(jī)模擬出的一根兩頭窄中間寬的曲線型硅鋼帶。圖6是R型鐵芯（單相）外形圖。圖7是橫截面為圓形的R型鐵芯。 R型鐵芯曲線型硅鋼帶的開料，目前有3種基本的開料剪切方法： ?。?）單根雙邊開料，如圖8所示； （2）雙根硅鋼帶套裁單邊開料，如圖9所示； （3）單根單邊開料，如圖10所示。 單根雙邊開料是理論上的曲線型硅鋼開料要求，用這種方法開料，生產(chǎn)成本高，材料利用率僅為65％左右。 用雙根硅鋼帶套裁單邊開料，材料利用率達(dá)95％左右，可降低生產(chǎn)成本，這是目前實(shí)用的開料方法，可達(dá)到預(yù)計(jì)的效果。 單根單邊開料，是在料帶不夠雙根套裁時(shí)，進(jìn)行單根單邊開料，這種開料在一般情況下不采用。 4.2R型鐵芯卷繞機(jī) R型鐵芯卷繞機(jī)是在C型鐵芯卷繞機(jī)的基礎(chǔ)上開發(fā)的，目前市場上供應(yīng)的鐵芯卷繞機(jī)是采用階梯型卷鐵芯的卷繞機(jī)。由于R型鐵芯是由一根兩頭窄中間寬（由窄變寬又從寬變窄）的曲線型硅鋼帶料，這根曲線型帶料的中心線是一根曲線。所以在卷繞時(shí)，必須在階梯型卷鐵芯的卷繞機(jī)之前附加一套曲線型硅鋼帶定中心導(dǎo)向裝置，才能保證硅鋼帶料的中心線始終通過R型鐵芯的卷繞中心平面，才能達(dá)到R型鐵芯柱的圓整度。這是卷繞R型鐵芯質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，也是檢驗(yàn)卷繞設(shè)備優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一。如果卷繞成的R型鐵芯柱圓整度偏差很大，將會給繞制變壓器線包帶來困難，甚至使鐵芯報(bào)廢。圖11是R型鐵芯卷繞示意圖。 4.3R型電力變壓器繞線機(jī) R型電力變壓器繞線機(jī)是采用目前生產(chǎn)的階梯型卷鐵芯變壓器繞線機(jī)，同樣是以3點(diǎn)定位原理將線包的紙筒安裝在R型鐵芯的鐵芯柱上，如圖12所示，當(dāng)主動輪帶動（由齒輪帶動）紙筒以鐵芯柱為軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，銅線就隨紙筒旋轉(zhuǎn)繞制在線包上。紙筒每旋轉(zhuǎn)一圈，由電子計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)一次，達(dá)到設(shè)定的繞線圈數(shù)時(shí)，電子計(jì)數(shù)器自動停止計(jì)數(shù)，繞線結(jié)束。對繞線機(jī)的要求是機(jī)床必須穩(wěn)定、可靠，3點(diǎn)定位齒輪必須靈活而準(zhǔn)確，鐵芯固定在機(jī)床上必須平直牢靠，電子計(jì)數(shù)器必須正確計(jì)數(shù)。 5小結(jié) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了R型電子變壓器，我們經(jīng)過10年的努力積累了經(jīng)驗(yàn)，從對R型電子變壓器技術(shù)的掌握到進(jìn)一步開發(fā)R型電力變壓器技術(shù)，這是一個技術(shù)的過渡，進(jìn)入更高一級的R型電力變壓器技術(shù)領(lǐng)域，還有更多的技術(shù)問題有待解決。目前，雖然初步形成了使用國產(chǎn)設(shè)備裝備起來的R型電力變壓器的制造生產(chǎn)線，生產(chǎn)出R型電力變壓器，但總的來看，這些設(shè)備的生產(chǎn)效率不高，某些機(jī)械結(jié)構(gòu)不合理，關(guān)鍵部件的加工精度及工藝未達(dá)到技術(shù)要求，如某一單位提供的開料設(shè)備，現(xiàn)場調(diào)試長達(dá)60多天還未達(dá)到用戶要求，少數(shù)部件甚至還必須重新加工，可見，這些設(shè)備與達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)還有一定的差距。 如何使制造R型電力變壓器的相關(guān)設(shè)備進(jìn)一步提高，達(dá)到設(shè)計(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、工藝合理、加工效率較高，是滿足大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)、降低成本、促使R型電力變壓器全面推廣應(yīng)用的前提。為此，當(dāng)前的重點(diǎn)是應(yīng)盡快完善R型電力變壓器的設(shè)備制造，R型電力變壓器設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)化，完善R型電力變壓器的生產(chǎn)制造工藝，在生產(chǎn)過程中體現(xiàn)出技術(shù)上的先進(jìn)性和可靠性，迅速形成產(chǎn)業(yè)化，達(dá)到規(guī)模生產(chǎn)的能力。 |
