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    談S11型、S9型10KV電力變壓器節(jié)材設計

    http://www.njxszs.com 2015年09月19日        

    1 節(jié)材設計原則
         根據(jù)我國目前的國情,中小型變壓器節(jié)材設計應遵守一些原則,即電氣絕緣強度不能降低、加工工藝不能過于復雜、加工工藝成本不能增加過大及鐵心材料盡量不使用價格高、市場供貨量少的高標號硅鋼片,如27Q100、27Q110、27Q120等,而盡量使用30Q130(用與S11產(chǎn)品)、30Q140、30Q147(用與S9產(chǎn)品)等損耗性能相當?shù)墓桎撈T诒疚闹兄徽劘B鐵心變壓器,對卷鐵心變壓器不涉及。
         在20世紀設計的變壓器,其銅鐵重量比基本上按1:2的原則,銅價價格比也接近于2:1。節(jié)材設計時主要側(cè)重于降低銅材重量,因為降低1kg銅的經(jīng)濟效益相當于降低2kg硅鋼片的經(jīng)濟效益。目前市場鋼材每噸超過7萬元,硅鋼片(武鋼30Q140)約為3.8萬元。鋼鐵價格比為1.8:1?,F(xiàn)在總體考慮要降低總耗材,減少總重量,從滿足節(jié)材的目的,我們經(jīng)過設計實踐認為鋼鐵重量比目前應控制在1:1.8以上較為合適。

    2 長圓形鐵心、長圓形繞組
         從變壓器設計思想的角度考慮,總希望鐵心的有效截面積要足夠大,而同時繞組的圓周長又足夠短,或者說隨鐵心截面的增加繞組的匝長應增加得較少,這樣就可以達到節(jié)約鋼鐵的目的。我們受S9半油道的啟發(fā)(半油道就是繞組由正圓形改為橢圓形,而使鐵心M。減小5mm ,節(jié)約部分銅鐵)。將繞組、鐵心都改為長圓形(見圖1),這樣的鐵心實為將圓形鐵心分為兩個半圓,在中間增加了2R×δ的矩形鐵心。這樣鐵心可將中間矩形的厚度δ作適度的調(diào)整來改變鐵心的截面,而同時繞組的周長也會有少許增加。
         在鐵心截面為圓形時,鐵心截面積要增大,外圍圓周長必然有增量2△Rπ 。因所有定長外圍組成的幾何圖中圓形為最大面積,而又有兩點間距離最短的是直接距離,兩半圓形所圍成的面積為最大面積,而中間2R×δ的矩形部分對外圍周長增量△2R×δ的直線長度,2R的長度并沒有增加。
         在設計繞組和器身時,主絕緣、縱絕緣距離、散熱面積均不得減小。以保證變壓器電氣絕緣強度不降低,技術(shù)性能不降低,保證變壓器有與統(tǒng)一設計同樣的散熱、抗沖擊能力。
         例如,ΦD=210mm,At=325.4cm2。外圓周長L=210π=659.7mm。采用長圓鐵心時ΦD=160mm,矩形部分2R=160mm,δ=85.4mm。矩形部分At=188.8cm2,總面積At=325.4cm2,外圍L=160π+2δ=673.4mm。
         對兩種方案進行比較,鐵心有效截面相當,繞組用銅量相當,但鐵心ΦD=210mm與ΦD=160mm相比兩者相差50mm,這就是說M可縮小50mm,鐵心質(zhì)量相應減少48 kg。長圓形鐵心在應用中若確定ΦD后,由設計需要而對中間的矩形部分的厚度δ作適當調(diào)整,以滿足鐵心截面對電磁設計的要求。在圓形鐵心的調(diào)整時需調(diào)整ΦD的大小,造成繞組銅材的增加幅度要大于長圓形只增加δ的幅度。由此可見,采用長圓形的鐵心能夠節(jié)約可觀的硅鋼片、銅線等材料的重量。
    3 節(jié)材效果
    幾年來,我們已經(jīng)用長圓形鐵心生產(chǎn)了S11型10KV、S9型10KV變壓器近1000臺,生產(chǎn)的產(chǎn)品各項性能全部達到合格品或一等品的標準。例如S11—630/10性能平均值P0=804~822W,Pk=6185~6290W,Uk=4.39%~4.54%,I0=0.31%(標準為P0=810W,Pk=6200W,Uk=4.5%,I0=0.27%)。生產(chǎn)的產(chǎn)品有52%已經(jīng)上網(wǎng)運行兩年以上,用戶反映良好,無不良質(zhì)量問題反饋。S11—315/10在武高所完成型式試驗,結(jié)論合格。
    長圓形鐵心、繞組生產(chǎn)過程中,不需要增加新的專用設備,生產(chǎn)工藝與S9型10KV疊鐵心生產(chǎn)工藝基本相似。除了繞組繞制比圓形繞組增加7%~8%的工時外,其余工序均不增加工時。以S11—630/10為例,圓形繞組每臺需3人7h,而長圓形繞組每臺需3人7.5 h,共增加用工1.5 h,按每小時綜合工時成本80元計算,則需增加費用120元。
    使用材料質(zhì)量見表1、表2。表1中S11型10KV變壓器鐵心材料使用30Q130硅鋼片,而統(tǒng)一設計的圓形鐵心使用27Q100硅鋼片,比30Q130每kg要增加成本5~6元。表2中S9型10KV變壓器鐵心使用30Q140或30Q147硅鋼片。
    以630KVA變壓器為例:
       S11—630/10可降低材料消耗:銅材75kg,硅鋼片137 kg ,變壓器油171kg,油箱鋼材180 kg。
    S9—630/10可降低材料消耗:銅材83kg,硅鋼片111 kg ,變壓器134kg,油箱鋼材91kg。
       材料價格按:銅材65元/ kg,硅鋼片30Q14038元/kg,27Q11042元/kg(原設計S11用),變壓器油7元/kg,油箱按8.7元/kg。
          S11—630/10新舊設計材料成本對比如下:
          原S11—630/10,材料成本=65元×473+42元×865+7元×447+8.7元×540=70673.8元。
          新S11—630/10,材料成本=65元×398+38元×728+7元×276+8.7元360=58598元。

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