1、 概述 　　眾所周知，電能是清潔、優(yōu)質的二次能源，隨著我國社會主義現代化事業(yè)的發(fā)展，電能在終端能源中的比重將會不斷提高。從能源轉化效率來看，由于當前我國的發(fā)電效率僅為33%。因此節(jié)約1KWh的電能相當于節(jié)約3倍左右數量的一次能源。十屆全國人大四次會議上通過的《國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》中明確提出了到2010年單位國內生產總值能源消耗要比2005年下降20%左右的目標。 　　按照2000年可比價計算，1995年—1999年我國萬元的GDP電源耗由1644KWh/萬元逐年下降到1460KWh/萬元，下降了12.6%。而“十五”期間不降反升，2004年達到1746KWh/萬元，比1999年高出16%，且超過1995年。 　　2005年我國全社會用電量為21761億KWh，其中鋼鐵、有色、化工、建材、電力、商業(yè)及居民生活用量達到總電量的58.3%，是節(jié)能節(jié)電的重點領域。 　　2006年1月9日國家發(fā)布，2006年7月1日正式實施了GB20052——2006《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》標準，標準規(guī)定了配電變壓器的能效限定值和配電變壓器目標能效限定值，同時規(guī)定配電變壓器目標能效限定值自本標準實施之日起4年后開始實施。 　　2008年4月24日國家發(fā)布、2008年12月1日實施GB/T10228-2008《干式電力變壓器技術參數和要求》標準，降低了干式變壓器的空載損耗和負載損耗，并將包封干式變壓器的技術參數和非包封干式變壓器技術參數合并為統(tǒng)一技參數。 　　江西大族電源科技有限公司是一家專業(yè)生產配電變壓器的高新技術企業(yè)，公司自1999年以來，先后設計開發(fā)了具有自主知識產權的高效節(jié)能S11-M.RL系列三維立體卷鐵心油浸式變壓器及SGB11-RL系列三維立體卷鐵心三維非包封干式變壓器,與同類產品相比,空載損耗分別下降30%,負載損耗分別下降20%。公司具有完全自主的知識產權，擁有九項與各類三維立體卷鐵心變壓器相關的國家專利（ZL99236753.0、ZL99240515.7、ZL99240750.8、ZL99240653.6、ZL01215038.X、ZL01315223.8、ZL200620163597.2、ZL200620163598.7、ZL200820137669.5）。 　　三維立體卷鐵心變壓器的空載損耗和負載損耗優(yōu)于GB2005——2006《三相配電變壓器能效限定值及節(jié)能評價值》標準中的節(jié)能評價值，通過了國家CQC認證中心的節(jié)能認證。 2、國內外同類產品的技術動態(tài) 　　國內外變壓器損耗的降低主要是通過導磁材料（硅鋼片）和導電材料（無氧銅桿或銅箔）技術的發(fā)展而實現的，近年來除了在變壓器容量結構和制造工藝上有所突破 　　外，主要是硅鋼片的改進與發(fā)展。目前用于鐵心導磁材料的硅鋼片普遍厚度為0.23～0.30mm;將來的趨勢是使用更薄的硅鋼片，0.05～0.18mm厚的硅鋼片，現已經開始被應用，另外非晶合金材料的發(fā)展也促進了變壓器的發(fā)展。 　　非晶合金鐵心比硅鋼片鐵心的配電變壓器空載損耗可降低70%，但非晶合金鐵心片形少鐵心截面為矩形，線圈必須繞成矩形線圈，矩形線圈繞制工藝復雜，機械強度差，產品噪聲大，鐵心一般采用三相四框式結構，耗材大、成本高，目前多適用于油浸式變壓器。國內有少數幾家變壓器企業(yè)相繼開發(fā)了非晶合金干式變壓器，產品噪聲大且受力或產品經過長途運輸后產品噪聲和空載損耗大幅度增大，國家變壓器質檢中心及江蘇省電力局對非晶合晶干式變器的統(tǒng)計充分說明了這一點。 　　目前國內外干式變壓器基本上仍然采用傳統(tǒng)的疊片式鐵心生產非包封式或樹脂澆注式干式變壓器。要生產更低損耗、更低的噪音干式變壓器必須采用更優(yōu)更薄的硅鋼片或增加材料用量。 3、變壓器各種鐵心結構技術經濟分析 　　傳統(tǒng)鐵心（平面式迭片式）結構及磁路如圖1所示，磁通向量圖如2所示。 [align=center] 圖1 傳統(tǒng)鐵心（平面迭片式）結構及磁路圖 圖2平面迭片式鐵心磁通向量圖[/align] 　　三相三框卷鐵心結構及磁通分布如圖3所示，磁通向量圖如4所示， [align=center] 圖3 三相三框卷鐵心結構及磁通分布圖 圖4 三相三框卷鐵心磁通向量圖[/align] 　　三相四框五柱卷鐵心結構及磁通分布如圖5所示，磁通向量圖如6所示，與三維立體D形卷鐵心大同小異，磁路結構上前者比后者多一單框鐵心，經濟性較差。 [align=center] 圖5 三相四框卷鐵心結構及磁通分布圖 圖6 三相四框卷鐵心磁通向量圖[/align] 　　三維立體卷鐵心干式變壓器的三維立體卷鐵心結構由三個幾何尺寸完全相同的單框半圓形截面卷鐵心，互成60º組合而成。該鐵心心柱截面由兩個半圓組成一個完整圓形，鐵軛截面為半圓形，為心柱的一半。三維立體卷鐵心結構及磁通分布如圖7所示，磁通相量圖如圖8所示 [align=center] 圖7 三維立體卷鐵心結構及磁路圖 圖8 三維立體卷鐵心磁通向量圖[/align] 　　從以上各種鐵心磁路結構及磁通分布圖可以看出，除三維立體卷鐵心以外，其他三種平面布置的鐵心都存在三相磁路不對稱，三相磁路磁阻不相等，因而導致三相空載電流不平衡的現象。 　　三維立體卷鐵心與平面式鐵心相比，鐵軛可以減少25%，而且與平面卷鐵心相比，無論磁路對稱性，空載損耗及鐵心用量都更加經濟合理。與疊片式鐵心相比，除上述優(yōu)點外，還可以減小心柱直徑和線圈尺寸，從而具有更好的技術經濟性。 　　從圖1～8鐵心磁路結構及磁路圖、磁通向量圖可以看出： 　?、艂鹘y(tǒng)鐵心（平面迭片式）結構及磁路存在三相磁路不對稱，三相磁路磁阻不相等，因而導致三相空載電流不平衡的現象。而三維立體卷鐵心結構則三相磁路完全對稱、三相磁路磁阻完全相等，因此三相空載電流完全平衡。 　?、苽鹘y(tǒng)鐵心結構的磁路中每層存在6個接縫，整個鐵心存在數以千萬計個接縫，導致磁阻增大。三維立體卷鐵心結構每框鐵心均由整根硅鋼片連續(xù)卷繞而成，磁路中不存在任何接縫。因而三維立體卷鐵心與傳統(tǒng)鐵心相比，空載損耗、空載電流、鐵心噪聲有明顯降低。 　?、窃谙嗤F心截面、窗高、心柱距的情況下，傳統(tǒng)鐵心結構比三維立體卷鐵心結構的鐵軛用量多25%（從圖1中可以看出）。三維立體卷鐵心截面填充系數為0.96～0.98, 傳統(tǒng)鐵心傳統(tǒng)鐵心僅為0.87～0.90，這樣在確保相同凈截面積的情況下，可減小鐵心直徑?？紤]到上述因數及傳統(tǒng)鐵心的角重，三維立體卷鐵心重量可減少15～20%。眾所周知，鐵心空載損耗與鐵心重量成正比，即僅鐵心重量的減少可降低空載損耗15～20%。 　?、辱F心真空退火，不僅使鐵心消除機械應力，降低鐵心空載損耗和鐵心噪聲。適宜的鐵心真空退火工藝，可進一步細化硅鋼片磁疇，提高硅鋼片二次再結晶能力，可進一步降低硅鋼片損耗，當然也降低鐵心空載損耗。 　　表1 硅鋼片出廠時性能數據與退火后性能數據對比表 　　以上數據可以看出，硅鋼片通過適宜的鐵心真空退火工藝處理，不僅可以恢復硅鋼片出廠時硅鋼片性能數據，而且通過細化硅鋼片磁疇，提高硅鋼片二次再結晶能力，使硅鋼片的性能大大優(yōu)于硅鋼片出廠時硅鋼片性能。 　　由于三維立體卷鐵心無接縫卷繞、三維立體結構并經過二次退火工藝處理，與傳統(tǒng)產品相比鐵心相比，空載損耗可降低20～30%。 　　由于鐵心鐵心截面為純圓，在保證凈截面積相同的條件下，鐵心直徑及線圈直徑可減小5-10%，相應的負載損耗可相應減少5-10%。 　　因此采用三維立體卷鐵心的三維立體卷鐵心變壓器除上述優(yōu)異的空載性能外，還具有以下突出的優(yōu)點： 　　⑴變壓器三維立體卷鐵心結構則三相磁路完全對稱、三相磁路磁阻完全相等，因此三相空載電流完全平衡，這是其它任何鐵心結構的變壓器所無法達到的。 　?、飘a品噪聲比同類產品下降3～5dB 　?、求w積小、占地面積少、節(jié)省安裝空間 　　⑷空間漏磁小，無電磁輻射 　?、呻妷翰ㄐ魏茫瑢﹄娋W無污染。 　　下表為 SGB10-RL-2000/10 三維立體卷鐵心干式變壓器電壓諧波統(tǒng)計結果 　　B相電壓諧波含有率統(tǒng)計結果 　　C相電壓諧波含有率統(tǒng)計結果 　　從以上電壓諧波含有率統(tǒng)計結果可以看出,各次諧波的最大值都遠遠低于限定值，總電壓畸變率為2.97%，與以前（使用SCB9產品）電壓畸變率6.77%相比大幅度降低,說明高次諧波得到了很好的控制，供電品質得到了大幅度的提高。 　　以SGB11-RL-2000/10及SB13-M.RL-630/10為例，計算使用三維立體卷鐵心變壓器產生的社會經濟效益 [align=center] [/align] 　　由上表可以看出，三維立體卷鐵心變壓器具有很好的社會效益。 5、產品運行 　　江西大族電源科技有限公司研發(fā)的三維立體卷鐵心變壓器以高效、節(jié)能、環(huán)保的性能在國內五大發(fā)電集團、國家電網、國家重點工程、政府工程、航天集團、二炮等重點企業(yè)和工程取得了傲人的業(yè)績并受到了廣泛的贊譽，產品總計近4000臺產品已持網運行。公司產品銷售網絡覆蓋了全國30余個省市自治區(qū)，并出口到東南亞地區(qū)。