電力變壓器用取向硅鋼的發展趨勢

1、我國電力變壓器制造工藝發展趨勢

電力變壓器主要向兩個方面發展。

一是向特大型超高壓方面發展，電壓等級由220V、330V和500kV向750kV、1000kV發展。

二是向節能化、小型化、低噪音、高阻抗、防爆型發展。這些產品以中小型產品為主，如目前在城網、農網改造上被推薦采用的新S13、S15型配電變壓器。

我國將來變壓器發展方向仍是節能型，低噪聲及防火防爆型，高可靠性方面發展。

2、取向硅鋼材質對電力變壓器性能的影響

在發達的工業國家，因變壓器取向硅鋼鐵損而耗費的電能，約占總發電電量的4％左右。為此，降低取向硅鋼的鐵損一直是國內外硅鋼企業長期致力研究的重要課題。鐵損可分解為渦流損耗和磁滯損耗。

就硅鋼材質而言，降低取向硅鋼鐵損的主要手段是增大含硅量，減小板厚及磁疇細化技術。

(1)增大含硅量

目前工業生產的含硅質量分數量達3.0％以上。一旦增加到6.5％，則硅鋼損耗明顯下降，是400Hz～10kHz頻率范圍使用的最佳材料。

(2)減小板厚

目前采用的取向硅鋼，厚度越來越薄，0.35mm的已淘汰，一般厚度為0.3mm、0.27mm、0.23mm、0.18mm，這樣可以降低取向硅鋼的渦流損耗。

0.20mm取向硅鋼薄帶可在400Hz或400Hz以下使用，此時磁感應強度達1.5T，其鐵損較低。

0.15mm取向硅鋼薄帶在工作頻率為1kHZ時，當磁感應強度達到1.0T，其鐵損值小于30W／kg，故可以認為，此種規格薄帶在1kHz或1kHz以下的工作頻率下使用均是合適的。

0.10mm及0.08mm取向硅鋼薄帶在工作頻率為3kHz以下時使用是較為合格的。當頻率達3kHz時，0.10mm取向硅鋼薄帶選用的磁感應強度為0.50T左右。同等條件下，0.08mm規格選用的磁感應強度值可以略高些，如0.50～0.80T。

0.05mm取向硅鋼薄帶當工作頻率為5kHz時.磁感應強度值可為0.5～0.6T。所以0.05mm取向硅鋼薄帶在上述5種規格薄帶中適用范圍最廣，在5kHz及5kHz以下使用都是合適的。

(3)細化磁疇

刻痕技術：日本Narita作了刻痕對取向硅鋼疇結構和損耗影響的報導，指出如刻痕垂直于帶

材的[001]方向，即能有效地降低疇壁問距和渦流損失。

激光加工技術就是利用它快速加熱和冷卻的特點，對取向硅鋼片表面作劃線處理，促進加熱區產生微小塑性變形和高密度位錯，減少主疇壁長，并同時產生殘余張應力，達到細化磁疇和降低鐵損的目的。

激光加工有兩種方式：脈沖和連續激光加工。

3、取向硅鋼材質表面對電力變壓器噪聲的影響

變壓器噪聲產生的主要原因之一是取向硅鋼鐵心的磁致伸縮。

磁致伸縮就是硅鋼片在磁化過程中，鐵磁體的長度發生變化。取向硅鋼在磁致伸縮與有無表面絕緣涂層有很大關系。涂層對硅鋼片的拉力，可抵消由于材料和變壓器裝配中所產生的壓應力，從而可降低變壓器的噪聲。無涂層鋼片對壓應力是很敏感的。承受壓力增大，磁致伸縮數值急劇上升，而有涂層的鋼片，則隨壓應力增加磁致伸縮值增加不明顯，說明對壓應力不敏感。但對壓應力的敏感性特別大。所以希望取向硅鋼的磁致伸縮小，以減小其對應力的敏感性，同時，還可降低噪聲。由于變壓器鐵心在裝配中會產生應力，因此有必要降低材料對應力的敏感性。由于有涂層，取向硅鋼磁致伸縮時對應力敏感性減弱，變壓器噪聲也隨之降低。

同時，一般取向硅鋼上涂絕緣涂層后仍有降低單位重量損耗的作用，對鐵損單位重量損耗可降低9％～14％。絕緣涂層的質量最好在5g／m2以上。

4、高磁感取向硅鋼對電力變壓器空載損耗、噪聲水平的影響

Hi—B高磁感取向硅鋼的優點如下。

(1)磁化特性優良

磁化特性通常以800A／m時的磁感值衡量其優劣。Hi—B高磁感取向硅鋼在800A／m下的相對導磁率約為1920，而CGO鋼為1820。采用Hi—B高磁感取向硅鋼做鐵芯材料減少空載損耗節能是最有效的。

(2)磁致伸縮低

磁致伸縮是指鐵芯在交流磁化時沿磁化方向發生了長度伸縮，是變壓器噪聲產生的一種主要原因，由于Hi—B高磁感取向硅鋼磁致伸縮低，所以大大降低變壓器的噪音，減少環境污染。

5、電力變壓器鐵芯加工工藝的影響

取向硅鋼在制造加工過程中，會受到剪切應力的作用及人力摔打碰撞。機械加工及人為的外部劣化因素對硅鋼片單位損耗影響非常大，有時會使單位損耗增大3.08％～31.6％。

取向硅鋼縱剪所產生的毛刺：若剪切質量差，尺寸偏差大，當疊裝鐵芯時，就會造成片間離縫大，搭頭多，鐵餅片參差不齊，從而造成空載電流增大，甚至超標，若去毛刺后單位損耗就會下降。試驗得到，30QG120去毛刺后單位損耗P1.5下降2.1％～2.6％，平均值為2.3％，P1.7下降1.6％~3.5％，平均值為2.5％。

提高取向硅鋼剪切質量，減小毛刺，同時提高平整度，并對鐵芯芯柱施加適當的夾緊力。變壓器廠反饋的信息是，毛刺降低0.02rnrn，總疊積厚(夾緊處)降低2～3mm，噪聲就下降3～4dB。故毛刺應控制在0.03mm以內。

取向硅鋼需要經過剪裁、沖壓、疊裝，這樣會產生內應力，從而使晶粒變形，導致磁導率下降，比鐵損增加。取向硅鋼在剪裁、沖壓、疊裝等加工過程中產生的應力，經退火處理后，能使冷軋取向硅鋼的比鐵損下降約30％。