谈S11 型、S9 型10kV 电力变压器节材设计.pdf

1 节材设计原则 根据我国目前的国情，中小型变压器节材设计 应遵守一些原则， 即电气绝缘强度不能降低、 技术性 能指标不能降低、 加工工艺不能过于复杂、 加工工艺 成本不能增加过大及铁心材料尽量不使用价格高、 市 场 供 货 量 少 的 高 标 号 硅 钢 片 ， 如27Q100、 27Q110、27Q120等， 而尽量使用30Q130（用于S11 产品） 、30Q140、30Q147（用于S9产品） 等损耗性能 相当的硅钢片。 在本文中只谈叠铁心变压器， 对卷铁 心变压器不涉及。 在20世纪设计的变压器， 其铜铁重量比基本上 按1:2的原则， 铜铁价格比也接近于2:1。节材设计 时主要侧重于降低铜材重量，因为降低1kg铜的经 济效益相当于降低2kg硅钢片的经济效益。目前市 场铜材每吨超过7万元， 硅钢片 （武钢30Q140） 约为 3.8万元。 铜铁价格比为1.8:1。 现在总体考虑要降低 总耗材， 减少总重量， 从而达到减少铜、 铁、 油、 黑色 金属的消耗， 以满足节材的目的， 我们经过设计实践 认为铜铁重量比目前应控制在1:1.8以上较为合适。 2 长圆形铁心、 长圆形绕组 从变压器设计思想的角度考虑，总希望铁心的 有效截面积要足够大，而同时绕组的圆周长又足够 短，或者说随铁心截面的增加绕组的匝长应增加得 较少， 这样就可以达到节约铜铁的目的。我们受S9 半油道的启发（半油道就是绕组由正圆形改为椭圆 形， 而使铁心Mo减小5mm， 节约部分铜铁） 。将绕 组、 铁心都改为长圆形 （见图1） ， 这样的铁心实为将 圆形铁心分为两个半圆，在中间增加了2R的矩 形铁心。这样铁心可将中间矩形的厚度作适度的 调整来改变铁心的截面，而同时绕组的周长也会有 少许增加。 在铁心截面为圆形时， 铁心截面积要增大， 外围 圆周长必然有增量2R。因所有定长外围组成的 几何图中圆形为最大面积，而又有两点间距离最短 的是直线距离， 两半圆形所围成的面积为最大面积， 而中间2R的矩形部分对外围周长增量2R 的直线长度，2R的长度并没有增加。 在设计绕组和器身时， 主绝缘、 纵绝缘距离、 散 热面积均不得减小，以保证变压器电气绝缘强度不 降低， 技术性能不降低， 保证变压器有与统一设计同 样的散热、 抗冲击能力。 例如，D=210mm，At=325.4cm2。外圆周长L= 210=659.7mm。采用长圆铁心时D=160mm， 矩形 部分2R=160mm，=85.4mm。 矩形部分At=188.8cm2， 总面积At=325.4cm2， 外围L=160+2=673.4mm。 对两种方案进行比较， 铁心有效截面相当， 绕组 图1长圆形铁心截面 Fig.1Oval core section *全国变压器节材技术研讨会获奖论文。 谈 S11 型、 S9 型 10kV 电力变压器节材设计* 康俊峰 （铜川整流变压器厂，陕西 铜川727OOO） 摘要：介绍了S11型、S9型1 kV电力变压器的节材设计方法及效果并给出实例。 关键词： 变压器； 节材； 铁心； 绕组 中图分类号：TM402文献标识码：B文章编号：1001-8425（2006）06-0006-03 第!卷第#期 $%#年#月 TRANSFORMER &()! *+,- .)# $%# 康俊峰： 谈!型、!#型$%&电力变压器节材设计第6期 用铜量相当，但铁心D=210mm与D=160mm相 比两者相差50mm， 这就是说M0可缩小50mm， 铁心 质量相应减少48kg。长圆形铁心在应用中若确定 D后，由设计需要而对中间的矩形部分的厚度 作适当调整，以满足铁心截面对电磁设计的要求。 在圆形铁心的调整时需调整D的大小，造成绕组 铜材的增加幅度要大于长圆形只增加的幅度。由 此可见，采用长圆形的铁心能够节约可观的硅钢 片、 铜线等材料的重量。 3 节材效果 几年来， 我们已经用长圆形铁心生产了S11型 10kV、S9型10kV变压器近1 000台， 生产的产品各 项性能全部达到合格品或一等品的标准。例如S11- 630/10性能平均值P0=804822W，PK=6 1856 290W， UK=4.39%4.54%，I0=0.31%（标准为P0=810W，PK= 6 200W，UK=4.5%，I0=0.27%） 。生产的产品有52%已 经上网运行两年以上， 用户反映良好， 无不良质量 问题反馈。S11-315/10在武高所完成型式试验， 结 论合格。 长圆形铁心、 绕组生产过程中， 不需增加新的 专用设备， 生产工艺与S9型10kV叠铁心生产工艺 基本相似。 除了绕组绕制比圆形绕组增加7%8%的 工时外， 其余工序均不增加工时。以S11-630/10为 例， 圆形绕组每台需3人7h， 而长圆形绕组每台需 3人7.5h， 共增加用工1.5h， 按每小时综合工时成本 80元计算， 则需增加费用120元。 使用材料质量见表1、 表2。 表1中S11型10kV 变压器铁心材料使用30Q130硅钢片，而统一设计 的圆形铁心使用27Q100硅钢片，比30Q130每kg 要增加成本56元。表2中S9型10kV变压器铁心 使用30Q140或30Q147硅钢片。 以630kVA变压器为例： S11-630/10可降低材料消耗： 铜材75kg， 硅钢 片137kg， 变压器油171kg， 油箱钢材180kg。 S9-630/10可降低材料消耗： 铜材83kg， 硅钢片 111kg， 变压器油134kg， 油箱钢材91kg。 材料价格按： 铜材65元/kg， 硅钢片30Q140 38元/ kg，27Q110 42元/kg（原设计S11用） ， 变压器油7 元/kg， 油箱按8.7元/kg。 S11-630/10新旧设计材料成本对比如下： 原S11-630/10，材料成本=65元473+42元 865+7元447+8.7元540=70 673.8元， 新S11-630/10，材料成本=65元398+38元 728+7元276+8.7元360=58 598元。 每台产品节约原材料成本12 075.8元，节材成 本减工时增加费用， 则节约成本： 12 075.8元-120元=11 955.8元， 下降16.9% S9-630/10新旧设计材料成本对比如下： 表1优化S11型10kV变压器主要材料质量表 Table 1Weight list of main materials in optimal S11 10kV transformer 产品 质量/kg 铜铁油油箱总质量G S11-315/10 原设计2745252702801 520 优化设计242.6418.71802251 160 S11-400/10 原设计304.16053013501 720 优化设计2885202182501 410 S11-500/10 原设计3707203263721 990 优化设计321606.42403551 700 S11-630/10 原设计4738654475402 560 优化设计3987282763601 920 S11-800/10 原设计5229974635422 800 优化设计4888513434252 300 S11-1 000/10 原设计5041 0655016663 020 优化设计4709514125402 590 S11-1 250/10 原设计6091 2935678213 570 优化设计5851 1954666193 040 S11-1 600/10 原设计6911 5656408654 150 优化设计6551 4235126813 520 产品 质量/kg 铜铁油油箱 总质量G S9-250/10 统一设计194.4381.42052001 085 优化设计165.4336.2178182955 S9-315/10 统一设计221.6443.42102601 285 优化设计200.2395.21811991 082 S9-400/10 统一设计277.6527.82953251 555 优化设计2314802082471 290 S9-500/10 统一设计321619.23303801 810 优化设计278568.72403201 560 S9-630/10 统一设计384.2786.24254602 250 优化设计3016752913691 810 S9-800/10 统一设计440.2920.44805352 630 优化设计396.8811.43324202 180 S9-1 000/10 统一设计436.31 044.26007053 080 优化设计420.8908.53855052 463 S9-1 250/10 统一设计552.21 260.16858553 650 优化设计4831 0944576002 915 S9-1 600/10 统一设计600.61 503.17659554 205 优化设计5651 3475047333 500 表2新优化S9 10kV配电变压器质量对比表 Table 2Weight comparison of new optimal S9 10kV distribution transformer 7 变 压 器 二 次 负 载 电 压 的 计 算 蒋光祖 （上海调压器制造有限公司，上海2OOO65） 摘要：指出了原变压器负载电压计算公式存在的缺陷， 导出了新的计算公式， 并用新公式对变压器负载电压 进行了分析。 关键词： 变压器； 负载电压； 功率因数； 计算 中图分类号：TM402文献标识码：B文章编号：1001-8425（2006）06-0008-04 1 前言 有关变压器标准规定： 当一次为额定电压时， 二 次空载电压为额定输出电压U2N。 在变压器带上不同 负载时， 它的负载输出电压U2是多少？这似乎已有 约定俗成的公式可求得， 笔者将对此作一分析， 并提 出自己的看法。 2 U2的计算 要求得U2通常可画出简化的变压器归算至二 = 第!卷第#期 $%#年#月 TRANSFORMER &()! *+,- .)# $%# 表3S11-315/10变压器雷电冲击试验结果 Table 3Test data in lightning impulse test of S11-315/10 transformer 施加端全波电压峰值/kV截波电压峰值/kV A75.175.775.583.086.8 B74.573.574.587.587.5 C75.577.074.587.486.3 原S9-630/10，材料成本65元384.2+38元 786.2+7元425+8.7元460=61 826元， 新S9-630/10，材料成本65元301+38元 675+7元291+8.7元369=50462元， 每台产品节约 原材料成本11 364元，节材成本减工时增加费用， 则成本节约： 11364元-120元=11244元， 下降18.2%。 4 S11-315)1*测试结果 S11-315/10变压器通过了例行试验、 型式试验 和短路承受能力等特殊试验。雷电冲击试验结果如 表3所示。 Discussion on Save Material Design for S11 and S9, 10kV Power Transformer KANG Jun- feng （Tongchuan Rectifier Transformer Works, Tongchuan 727000, China） Abstract：The effect and design method of save material for S11 and S9, 10kV power transformer are introduced. The examples are presented. Key words：Transformer；Sa+e ma,er-a.；/ore；0-n1-n2 收稿日期：2005-08-29； 修稿日期：2006-05-08 作者简介： 康俊峰 （1947-） ， 男， 陕西合阳人， 铜川整流变压器厂高级工程师， 长期从事变压器设计工作。