一、引言

随着节能环保、低碳经济成为全社会的共识，一向被电力行业视为趋势产品的非晶合金和硅钢立体卷铁心配电变压器逐渐走向前台，而非晶合金变压器的空载损耗仅为S13硅钢立体卷铁心配电变压器的一半，节能效果更加明显。

现有的非晶合金变压器的铁心结构方式主要有两种，一种是四框五柱式，一种是三框三柱式，这两种结构的非晶合金铁心都是采用开口平面卷铁心结构，线圈的横截面呈矩形，主要是因为非晶合金铁心柱横截面是矩形。

由于铁心柱和线圈横截面都是矩形，造成了其抗突发短路的能力下降，必须采取结构加强及压装工艺等弥补措施，且由于采用平面卷铁心结构，接缝多造成噪音的增加。

虽然这些问题通过增加原材料的投入及器身结构的加强等措施能够得到解决，但是综合成本的上升对非晶合金变压器的大量推广应用造成了不利的影响。

立体卷铁心变压器在相同条件下具有较低的噪声和较强的抗突发短路能力，并可有效减小变压器体积及重量，降低生产和运行成本。

因此，研究综合了上述两种变压器优势的非晶合金立体卷铁心变压器具有广泛的应用前景和明显的社会经济效益。

本项目将非晶合金材料的优异特性和硅钢立体卷铁心制造技术有机结合，研制非晶合金立体卷铁心变压器，提高变压器可靠性的同时，降低了用电成本，对国家配电网建设中的节能降耗工作起到了推动作用。

二、技术原理

1、磁路

图1 非晶合金立体卷铁心的磁路示意图（左）及磁通向量（右）

对非晶合金立体卷铁心的磁路进行理论分析。左图中的A相磁通fA是由两个单框中f1和f2合成，右图是每个框磁通和心柱磁通的向量图。f1向上平移，并将f1的尾端移至f2的箭头，通过运用三角函数的关系式可以计算出，立体卷铁心的铁轭磁密比铁心柱磁密高出15.5%。

2、热处理

图2 监测铁心和炉温的位置示意（左）及热电偶插入位置示意（右）

本项目是采用多热电偶测温技术和热风循环差异导流技术相结合的热处理工艺。右图是热电偶插入的位置示意图。根据铁心的规格，在三个及以上不同带材的中心插入热电偶。左图是以前监测铁心和炉温的位置示意图。前者是为了能够有效达到控制铁心内部的温度而提出的一种新的测温技术，即多热电偶测温技术。结合在退火炉内增导流板、调节风速等技术，可有效减小在同一铁心不同部位的温差。左图是改进前的情况，不同部位的维温差要达到50℃，改进后温差可以减小到20℃左右。

经过采用热电偶测温技术和热风循环差异导流技术后，非晶合金立体卷铁心的性能参数可以达到在1.35T磁密时，单位励磁功率为0.35VA/kg，单位损耗为0.18W/kg。

三、应用领域

产品适用于配电领域，该系列非晶合金立体卷铁心配电变压器是一种结构更合理、性能更优良的新型高性能配电变压器；提高了电能质量和供电的可靠性，是有利于环保的绿色节能设备，为城乡电网技术改造工程中提供高供电可靠性及最为节能的产品。

四、主要技术创新点

非晶合金立体卷铁心变压器不同于以往的三相三柱或三相五柱式平面卷铁心变压器，铁心结构采用了横截面近似圆形的立体断轭卷铁心形式，器身采用了合理的压紧结构，铁心由三个几何尺寸相同的单框铁心组成，形成立体三角形对称结构。具体创新点如下：

采用了立体卷铁心结构，具有三相磁路最短且完全对称等长的特点，使得变压器的空载电流下降，噪音得到有效改善。采用了断轭卷铁心结构，满足了铁心和线圈独立加工的要求，提升了铁心和线圈的质量水平，缩短了变压器的生产周期。采用了圆形截面的卷铁心结构，使线圈同样可以加工成圆形，有利于改善抗短路能力，提升变压器运行的安全可靠性，同时也减少了铜材用量。立体卷铁心采用了非晶带材纵向多角度剪切技术，满足了铁心心柱横截面为圆形的技术要求。立体卷铁心热处理工艺采用多热电偶控温技术与热风循环差异导流技术，实现了宽度连续变化的非晶合金带材受热均匀的目的，改善了立体卷铁心的电磁性能。

五、技术指标

1、主要技术性能指标

表2 30kVA～630kVA非晶合金立体卷铁心变压器

2、国内外同类技术比较

鉴于目前国内外尚未有相关产品面市，因此产品性能数据无法对比，但同目前最为通用平面卷铁心变压器相比，非晶合金立体卷铁心变压器的空载损耗、空载电流、噪音水平、过载能力、抗短路能力等均有明显改善，具体对比如下：

表3 产品性能数据对比