五級疊片鐵心變壓器的空載性能商亞非（新疆特變電工股份有限公司變壓器廠，新疆昌吉830）分析了五級接縫鐵心降低空載損耗、空載電流及噪聲的機理，指出鐵心采用五級接縫鐵心結(jié)構(gòu)能夠大幅度提高變壓器的空載性能。

　　1前言節(jié)能降耗是變壓器的一個發(fā)展方向，而通過改進鐵心疊片結(jié)構(gòu)降低空載損耗正是降低變壓器損耗的一個主要途徑。一些發(fā)達國家變壓器廠普遍采用五級接縫鐵心技術(shù)，其與我國傳統(tǒng)的二級接縫相比，鐵心的空載性能有了明顯的改善。我廠1998年技術(shù)改造時引進的德國喬格公司TBA M H800×5 000型全自動鐵心橫剪線，用于加工硅鋼片，剪切比較大長性可完成±45°三種角度的片型加工，能夠自動剪切完成三、五、七級接縫硅鋼片。采用五級接縫鐵心結(jié)構(gòu)之后，我廠產(chǎn)品的空載性能，如空載損耗、空載電流都有了較大幅度的下降，噪聲水平也有了一定程度的降低。尤其在大容量產(chǎn)品上效果更為明顯。本文對五級接縫鐵心的結(jié)構(gòu)形式、降耗機理及產(chǎn)品的節(jié)能效果加以簡單介紹。

　　2五級接縫鐵心結(jié)構(gòu)和特點我們知道，變壓器的空載損耗主要由基本損耗、接縫損耗及剪切邊損耗組成。除基本損耗外，接縫損耗所占的比例較大，剪切邊損耗較小。接縫損耗與局部磁通密度，尤其是接縫區(qū)域密切相關(guān)的磁通密度。由于受到接縫間隙的影響，局部磁密升高，導致鐵心局部損耗增加。因此，減少這種影響也是降低損耗的一個有效途徑。

　　目前，國內(nèi)變壓器生產(chǎn)廠家鐵心普遍采用二級或三級接縫疊片，鐵心疊片按一定距離相互錯開，在交錯區(qū)域內(nèi)形成兩條平行的接縫，鐵心接縫處磁通分布如圖1所示，圖中細實線為一條磁力線，虛線為半條磁力線。

　　其中兩個對應(yīng)的接縫跨接一層疊片。由于空氣的磁阻比硅鋼片的磁阻高幾千倍，因此，疊片中的磁通大部分從跨接疊片中通過。另外，磁通是沿著45°角接縫通過，由于接縫處的面積為心柱截面積的2倍，所以接縫區(qū)磁密為鐵心柱中磁密的2 2倍。但是，在兩個接縫硅鋼片的末端，磁通大部分經(jīng)過一層跨接疊片通過，該層跨接疊片末端磁密為：式中B心柱中磁密如果采用圖2所示的三級接縫鐵心，其中兩個對應(yīng)的接縫間隙跨接兩層疊片，則在三個接縫硅鋼片末端的磁通經(jīng)過兩層跨接疊片通過，每層跨接疊片的末端處的磁密為：變壓器依此類推，局部磁通密度B與接縫數(shù)量N的關(guān)系為：由于鐵心中接縫區(qū)的損耗及空載電流與磁密B的近似關(guān)系可以寫成是與硅鋼片及頻率有關(guān)的常數(shù)。將式（3）代入式（4）、式（5），可以得出接縫區(qū)中的局部損耗和空載電流與鐵心接縫數(shù)量N的近似關(guān)系為：例如，變壓器的工作磁密為1 .75T ，由式（1）得出接縫跨接疊片中的磁密為2 .47T.目前變壓器采用的冷軋硅鋼片的磁密1 .9～1 .92T已經(jīng)飽和，這就導致了接縫區(qū)域內(nèi)空載損耗及空載電流急劇增加。

　　由式（6）、式（7）可以看出，隨著鐵心接縫級數(shù)的增加，鐵心接縫區(qū)域內(nèi)的空載損耗和空載電流逐步降低，但局部損耗和空載電流降低的幅度將越來越小。

　　但是，疊片種數(shù)隨著疊片級數(shù)的增加而增加，硅鋼片的剪切和鐵心疊裝的生產(chǎn)效率將降低，這一矛盾只有通過先進的硅鋼片剪切設(shè)備、先進的疊裝工藝及選擇合適的接縫級數(shù)來解決。經(jīng)過近兩年生產(chǎn)實踐，我們認為kV級變壓器采用單片疊五級接縫是比較合適的，其生產(chǎn)效率比普通二級或三級接縫要高，完全能夠滿足生產(chǎn)的需要?，F(xiàn)比較一下五級接縫與三級接縫局部損耗與空載電流的差別。

　　按式（4）、式（5）可以得出，五級接縫（工作磁密普通三級接縫：則五級接縫鐵心較三級接縫鐵心的局部損耗及空載電流降低的百分數(shù)為：變壓器的空載損耗可以寫成P =K式中P取決于鐵心材質(zhì)、磁密和頻率的單位損耗，W kg鐵心重量，kg取決于鐵心的結(jié)構(gòu)形式及制造工藝水平的附加系數(shù)對于冷軋硅鋼片， K值一般取1 .1～1 .2，鐵心直徑小者取大值，對于kV級產(chǎn)品一般取1 .12.

　　根據(jù)式（12）的計算結(jié)果，空載損耗的附加系數(shù)應(yīng)取1 .08左右，但由于我廠鐵心疊片采用一片一疊，有效地減少局部區(qū)域的渦流損耗，再加上鐵心片剪切毛刺非常小，使鐵心接縫較小，所以空載損耗的附加系數(shù)一般取1 .05左右，并且在多臺產(chǎn)品中得到了驗證。從以上可以看出，五級接縫鐵心的空載損耗比三級接縫鐵心平均降低5 ～8 ，空載電流下降了30 以上，其節(jié)能效果是非常顯著的。

　　3五級接縫鐵心的其它特點五級接縫鐵心疊片與傳統(tǒng)的二級或三級接縫相比，除能夠較大幅度降低空載損耗和空載電流以外，還具有以下特點。

　　3 .1噪聲低變壓器的噪聲主要來源于硅鋼片的磁致伸縮，但硅鋼片接縫和疊片間的磁吸力也是產(chǎn)生噪聲的原因之一。其噪聲的大小取決于接縫間隙的長度和磁密的大小。根據(jù)有關(guān)方面的資料，接縫氣隙的磁場能量微分形式為：式中B接縫間隙中磁通密度，T空氣中磁導率，H m磁場能量所做的機械功dA =FdL ，則（B由此得出磁吸力式中S鐵心接縫面積，m由此引起疊片伸長應(yīng)變式中E硅鋼片彈性模量根據(jù)沈變所的研究，其相應(yīng)的聲強級式中L鐵心疊片接縫間隙長度，cm假定變壓器的工作磁密為1 .7T ，三級接縫間隙長度為0 .05cm ，三級接縫間隙磁密約為0 .4T ，則從變壓器可見，五級接縫鐵心較普通三級接縫鐵心的噪聲降低3dB左右。對傳統(tǒng)二級、三級接縫疊片，接縫某一斷面的氣隙比較集中，較大的交變電磁力作用在鐵心中，引起較強的振動聲音然而在五級接縫鐵心中，接縫區(qū)內(nèi)某一斷面的接縫氣隙大大減少，磁力線能順利地進入相鄰的疊片，空載電流也大幅度降低。同時作用在軛片上的電磁力就很小，在接縫區(qū)域內(nèi)的電磁力的作用使疊片被壓緊，這樣，變壓器的噪聲就明顯地降低了。

　　3 .2生產(chǎn)效率高目前，國內(nèi)許多變壓器生產(chǎn)廠家為降低空載損耗和噪聲，通常鐵心采用一片一疊三級接縫疊片結(jié)構(gòu)。由于受到硅鋼片橫剪設(shè)備的限制，單臺變壓器鐵心剪切總次數(shù)增加，鐵心疊裝工時也延長了，致使生產(chǎn)效率降低。我廠采用比較新鐵心橫剪設(shè)備，使鐵心剪切效率大幅度提高，比較多可實現(xiàn)七級單片疊接縫?？紤]到鐵心疊裝及插片的工藝性，我廠采用五級單片疊接縫結(jié)構(gòu)。鐵心片沖有Υ20定位孔，疊鐵心時直接碼裝就可以了，生產(chǎn)效率有了很大的提高。

　　3 .3節(jié)約材料由于采用先進的鐵心橫剪設(shè)備，使硅鋼片的剪切毛刺小于0 .03mm ，再加上工人素質(zhì)較高，使鐵心的疊裝偏差小于2mm ，接縫間隙非常小。鐵心截面經(jīng)優(yōu)化設(shè)計，使我廠變壓器繞組至鐵心的套裝間隙由原來的5mm降至現(xiàn)在的2 .5mm ，變壓器電磁線用量得以降低。由于我廠每年生產(chǎn)kV及以上變壓器100臺左右，其節(jié)材效果是非?？捎^的。

　　4變壓器空載性能比較對6臺kV級變壓器（其中3臺采用三級接縫疊片， 3臺采用單片疊五級接縫）實測值進行比較，具體空載性能值。

　　型號噪聲dB注：Ⅰ為五級接縫鐵心Ⅱ為三級接縫鐵心（工作磁密在1.7T左右）從表1可以看出，五級接縫鐵心比三級接縫鐵心空載損耗平均下降了8 ，空載電流平均下降了50 ，噪聲平均下降了4dB.

　　5結(jié)論綜上所述，五級接縫鐵心具有損耗低、噪聲小、工藝性好的優(yōu)點。它的采用起到了節(jié)約能源，提高供電質(zhì)量，減輕噪聲對環(huán)境污染的作用。特別是我廠鐵心采用不疊上鐵軛工藝，減輕了對硅鋼片的損傷，其空載損耗還能下降2 左右。經(jīng)過近兩年的生產(chǎn)實踐，我廠kV級產(chǎn)品的空載損耗平均下降8 以上，空載電流下降30 以上，噪聲平均下降4dB.可以說，使用目前鐵心材料，要提高變壓器的空載性能，采用五級接縫疊片結(jié)構(gòu)無疑是一種比較佳的生產(chǎn)方式，也是取代傳統(tǒng)二級、三級接縫疊片鐵心的理想結(jié)構(gòu)形式。