一研發(fā)背景
隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整，國家對節(jié)能產(chǎn)品重視程度也越來越高，對變壓器而言，即對其損耗及噪聲的要求越來越高，原有的S11型產(chǎn)品已經(jīng)滿足不了市場的需求，損耗更低的S13型產(chǎn)品逐漸成為了市場的主流。而國內(nèi)現(xiàn)在大部分變壓器廠家生產(chǎn)的均為傳統(tǒng)的疊鐵心變壓器，但由于其結(jié)構(gòu)本身的特點，其在降低損耗及噪音上很難有大的突破，雖然可以勉強達到S13型產(chǎn)品損耗要求，但其生產(chǎn)成本太高，對原材料浪費嚴重。
在這種情況下，結(jié)構(gòu)更合理，損耗、噪音及成本更低的閉口立體卷鐵心變壓器逐漸被研發(fā)出來，經(jīng)過幾年的發(fā)展，逐漸得到了認可，這種變壓器可以比較輕松的達到S13型產(chǎn)品的損耗要求，而且其更節(jié)材，所以國家現(xiàn)在正在主推這種產(chǎn)品。但這種變壓器的缺點也很明顯，就是它的生產(chǎn)效率比較低，而且其對生產(chǎn)設(shè)備的要求也很高，原來生產(chǎn)傳統(tǒng)疊片式變壓器的廠家想要生產(chǎn)這種產(chǎn)品需要新進很多新設(shè)備，無意中增加了很多前期投入，使其對傳統(tǒng)變壓器的優(yōu)勢縮小了很多。
在這種背景下，研發(fā)一種更節(jié)能，更省材、生產(chǎn)效率更高、對生產(chǎn)設(shè)備要求更低的產(chǎn)品已勢在必行?；谝陨锨闆r我公司經(jīng)過多年的設(shè)計研發(fā)，開發(fā)了現(xiàn)在的S13型開口式三角立體卷鐵心變壓器，該產(chǎn)品很好的解決了傳統(tǒng)疊片式變壓器損耗及噪音難以下降、成本高及常規(guī)閉口立體卷鐵心變壓器生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)難度大的問題。是一種新型的節(jié)能型電力變壓器，可以輕松達到S13型變壓器1級能效的損耗標準，充分響應(yīng)國家現(xiàn)在對產(chǎn)品節(jié)能、綠色、環(huán)保的總體要求。
二技術(shù)原理
該立體卷鐵芯變壓器將原有的傳統(tǒng)疊鐵芯變壓器與閉口式立體三角形卷鐵芯變壓器進行了融合，將閉口式立體三角形變壓器的每個鐵芯單框分為了分離的上下兩部分，每個部分的鐵心是1片1疊，5級接縫，這樣既提高了鐵心的機械強度，降低了鐵心的噪音和空載電流，又提高了鐵心插上鐵軛時候的插片效率，可以一次插5片。生產(chǎn)時先將硅鋼片通過縱剪線和曲線開料機開好料后，然后用新研制的鐵心折彎機將鐵心的四個角折成八棱形，將鐵心下半部分疊裝在下夾件上，然后套入線包，最后用引片將鐵心上半部分插入即可。
鐵心組裝圖解：
三應(yīng)用領(lǐng)域
產(chǎn)品適用于各類各種容量的油浸式變壓器、干式變壓器及各類大容量特種變壓器。
四主要技術(shù)創(chuàng)新點
開口式立體卷鐵心結(jié)合了傳統(tǒng)疊鐵心與閉口式立體卷鐵心的主要優(yōu)勢：
與傳統(tǒng)疊鐵心相比，1、開口式立體卷鐵心變壓器三相平衡，具有完全對稱的磁路，空載電流小，減少了三次諧波，噪音也大大降低;2、節(jié)電效果顯著，可以輕松達到S13型變壓器的標準，結(jié)構(gòu)緊湊體積小，成本低，散熱及過載能力強;3、硅鋼帶加工成梯形料帶，采用套裁方法開料，開料時沒有廢料產(chǎn)生，不浪費材料。
與閉口式立體卷鐵心相比，該產(chǎn)品除了擁有閉口式立體卷鐵心所有的優(yōu)點外，還有以下幾個優(yōu)勢：
1、由于其結(jié)構(gòu)的特點，其線圈可以單獨繞制，使用傳統(tǒng)繞線機就可以，不需要再引進新的繞線設(shè)備，而且其繞線工藝也比閉口式簡單很多，繞制難度降低了很多;
2、便于修理，原有的閉口式立體卷鐵心必須有專用的繞線機和模具才能修理，修理難度很大，基本上需要返回原廠修理，而我公司的開口式立體卷鐵心由于其結(jié)構(gòu)特點，只需要將上鐵軛拆掉，將線圈拔出來單獨修理就可以，修理簡單，不需要再返回原廠修理;
3、生產(chǎn)大容量的變壓器的難度低，原有的閉口式立體卷鐵心由于其必須在鐵心上繞制線圈，當需要生產(chǎn)大容量變壓器時，其鐵心模具、鐵心纏繞機及繞線機都需要特殊設(shè)計，而且對設(shè)備要求也非常高，實際生產(chǎn)變壓器難度也非常大，所以只能做樣機，不太適合于量產(chǎn)，而我公司的開口式立體卷鐵心由于其線圈是單獨繞制的，而且鐵心生產(chǎn)也不需要模具，所以可以大量推廣到大容量的變壓器中。
4、生產(chǎn)過程中由于硅鋼片只受到部分的剪切應(yīng)力和折彎應(yīng)力，所受的應(yīng)力小，可以不用退火，大大降低了生產(chǎn)工藝及成本。
五技術(shù)指標
1、主要技術(shù)性能指標
與傳統(tǒng)的疊片式鐵心變壓器相比，由于傳統(tǒng)疊片型鐵心在每層邊連接處都存在多處斜接縫，從而導(dǎo)致磁阻和鐵損都會增大，使變壓器的勵磁電流也相應(yīng)增大，降低了功率因數(shù)，嚴重影響了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。而開口式三角立體卷鐵心卻不存在以上問題。而且由于其鐵心是由三個相同雙開口鐵心組合而成，各框磁路對稱性好，三相磁路平衡，三次諧波分量少，同時具有空載電流小，鐵心損耗低，噪音小等特點，采用開口式立體卷鐵心結(jié)構(gòu)的變壓器可以輕松達到S13型零偏差的產(chǎn)品，而且其結(jié)構(gòu)緊湊，對鐵心的利用率高，制作成本低，與S13型疊鐵心產(chǎn)品相比，成本可以大大降低。
從上表可以看出，以我們生產(chǎn)的S13型315kVA容量的開口式立體卷鐵心變壓器與傳統(tǒng)疊鐵心變壓器相比，銅用量下降了7%左右，硅鋼片用量下降了14%左右，變壓器油用量下降了7%左右，鋼板用量基本差不多，整體成本開口式立體卷鐵心變壓器比傳統(tǒng)的疊鐵心變壓器下降了9%左右;與閉口式立體卷鐵心變壓器相比雖然材料成本上略有提高(1%左右)，但生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)效率上卻大大的提高了。
2、國內(nèi)外同類技術(shù)比較
我公司生產(chǎn)的開口式立體三角形卷鐵心變壓器是在原有的閉口式立體卷鐵心的基礎(chǔ)上做出了大量的技術(shù)改進，很好的解決了傳統(tǒng)疊片式變壓器損耗及噪音難以下降、成本高及閉口立體卷鐵心變壓器生產(chǎn)效率低、生產(chǎn)難度大的問題。它的結(jié)構(gòu)更合理，性能更優(yōu)良，制造成本降低明顯，既符合電力行業(yè)節(jié)能的要求，又符合制造企業(yè)的成本、質(zhì)量目標，是一種新型的節(jié)能型電力變壓器。與傳統(tǒng)疊鐵心變壓器及閉口立體卷鐵心變壓器相比由以下幾個優(yōu)點：
1)空氣間隙比傳統(tǒng)的疊鐵心少，僅為2個，大大降低了鐵心的磁阻，減少了漏磁，空載電流可以降低到0.1-0.3左右，可以提高功率因數(shù)，改善電網(wǎng)供電質(zhì)量。
2)噪音低，更好的發(fā)揮高導(dǎo)磁冷軋硅鋼片的導(dǎo)磁特性，磁通基本按照鐵心的疊制方向流通，三相磁路、磁通完全對稱，工作磁密設(shè)計更加合理，磁阻明顯小，因而產(chǎn)品噪音大大降低，符合環(huán)保要求。
3)卷鐵心的磁化方向基本與硅鋼片的軋制方向一致，三相磁路長度完全相等且其長度之和最短，磁路完全對稱，磁路各處的磁通分布均勻，保證了三相電壓的平衡，減少了三次諧波分量，提高了供電系統(tǒng)效率。
4)諧波小。變壓器聯(lián)接組別全部采用Dyn11，高壓的三角形接法給三次諧波提供了循環(huán)回路，不會向上級電網(wǎng)擴散，減少了電網(wǎng)的諧波電流，提高電網(wǎng)供電效率。
5)過載能力強，由于其本身損耗低，發(fā)熱量也少，而且開口式立體卷鐵心的線圈呈“品”字型排布，有利于散熱，絕緣材料的老化速度減慢，變壓器的使用壽命更長。
6)抗短路能力強，現(xiàn)在有的疊鐵心變壓器為了節(jié)省成本，線圈結(jié)構(gòu)都是長圓形，抗短路能力比較差，而開口式立體三角形卷鐵心變壓器的線圈結(jié)構(gòu)都為圓形，發(fā)生突發(fā)短路時，各方向受力均勻，抗短路能力更強。
開口式立體三角形卷鐵心變壓器與閉口式卷鐵心變壓器相比由以下幾個優(yōu)點：
1)線圈可以單獨繞制，使用傳統(tǒng)繞線機就可以，不需要再引進新的繞線設(shè)備，從另一方面減少了前期投資，減少了資源浪費，而且其繞線工藝也比閉口式簡單很多，繞制難度低;
2)生產(chǎn)效率顯著提高，閉口立體卷鐵心變壓器線圈必須在鐵心上繞制，這樣一來造成了傳統(tǒng)的繞線機滿足不了這種工藝需求，必須購買新的繞線機，而且其繞制前需裝繞線模具、齒輪等，工藝復(fù)雜，繞制效率很低，線圈必須在鐵心完成并且實驗合格以后才能進行繞制，增加了生產(chǎn)周期。而開口式卷鐵心可以使用傳統(tǒng)繞線機將線圈繞制完成后套入鐵心，這樣一方面可以不必增加其他繞線設(shè)備，另一方面其線圈與鐵心可以分開制作，縮短生產(chǎn)周期。
3)維修簡單，閉口式立體卷鐵心因為鐵心的閉合結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致線圈無法從鐵心上拆下來，必須使用專業(yè)的繞線機返回原廠修理，維修非常困難，而開口式立體卷鐵心由于上鐵軛是分開的，所以和常規(guī)疊鐵心變壓器一樣，可以輕松將上鐵軛拆除以后將線圈拔出進行修理。在很大程度上解決了閉口式立體卷鐵心變壓器不能維修的難題，保證了用戶售后的疑慮，也給用戶減少了不必要的開支，既節(jié)約又節(jié)能環(huán)保。
4)生產(chǎn)大容量的變壓器的難度低，閉口式立體卷鐵心生產(chǎn)大容量變壓器需要特殊設(shè)計鐵心模具、鐵心纏繞機及繞線機等，設(shè)備整體尺寸巨大，操作困難，而我公司的開口式立體卷鐵心的鐵心生產(chǎn)不需要模具及鐵心纏繞機，可以大量推廣到大容量、高電壓等級的變壓器中。
5)不需要退火，由于閉口式立體卷鐵心變壓器在鐵心繞制過程中產(chǎn)生了巨大的拉應(yīng)力，所以必須進行退火來去應(yīng)力，而我們產(chǎn)品由于只是在生產(chǎn)過程中受到了很小的剪切力，所以不需要退火，消除了退火過程中對環(huán)境的破壞，保護了環(huán)境。
6)根據(jù)市場情況調(diào)整設(shè)計方案成本低，閉口式立體卷鐵心其設(shè)計一旦確定，繞制線圈的齒輪盤的尺寸也確定了，今后的設(shè)計如果要變動，要重新生產(chǎn)齒輪盤，無法隨著原材料價格的變動隨時調(diào)整設(shè)計，而開口式立體卷鐵心卻沒有這種疑難問題，反而凸顯了他的應(yīng)變性和靈活性，達到了產(chǎn)品適應(yīng)市場的需要。
7)生產(chǎn)干式變壓器優(yōu)勢明顯，閉口式立體卷鐵心干式變壓器需將器身整體放入澆注灌進行澆注，澆注十分困難，對工藝的要求高，占地面積大，對澆注灌的利用率低。而開口式立體卷鐵心干式變壓器只需將線圈單獨澆注后再套入鐵心，極大的簡化了澆注工藝，提高了設(shè)備的利用率，降低了對設(shè)備的要求。
六對促進行業(yè)科技進步的作用和意義
1、可以全面取代傳統(tǒng)疊鐵心變壓器，由于其工藝難度低，對設(shè)備要求低，所以推廣難度低。
2、節(jié)能效果好，比原有S11型產(chǎn)品空載損耗下降20%。
3、產(chǎn)品制造成本低，產(chǎn)品成本與疊片式變壓器相比有了大幅度的下降，相應(yīng)采購成本也大幅度降低。
4、由于其三相磁路平衡，空載電流小，三次諧波分量小，很大程度上提高了電網(wǎng)的供電質(zhì)量。
七推廣和應(yīng)用前景
一種新結(jié)構(gòu)變壓器的推廣開來，除了技術(shù)、設(shè)備、工藝、工裝等具備外，還需要順應(yīng)市場的需求，開口式卷鐵心變壓器有許多亮點，其突出的亮點是既節(jié)約了材料，又提升了變壓器性能，還增加了變壓器的生產(chǎn)效率，特別是做能效指標高的變壓器更有優(yōu)勢，比如油變S13及以上，干變SCB13及以上。而按國家有關(guān)部門的規(guī)劃，S11是最低能效標準(三級標準)，目標能效標準是S13(二級能效)，期望能效標準是S15(一級能效)。從2012年開始，國家電網(wǎng)采購S11變壓器的比例逐年減少，大部分是采購S13的變壓器，展望未來三至五年的變壓器市場，S11能效的變壓器將逐漸被淘汰出市場，市場將以S13能效的變壓器為主，以S15為輔?？梢?，立體卷鐵心變壓器順應(yīng)了市場的需求。而閉口卷鐵心變壓器由于其生產(chǎn)效率低和生產(chǎn)設(shè)備要求高等缺點，推廣起來很難，而我們現(xiàn)在研制的開口式卷鐵心變壓器不管從生產(chǎn)效率、工藝難度，還是從生產(chǎn)成本來說都優(yōu)于閉口式卷鐵心變壓器，所以推廣起來很容易。