隨著“雙碳”目標(biāo)的制定和實(shí)施，為全面推進(jìn)綠色低碳發(fā)展，對(duì)電力變壓器的能效水平提出了更嚴(yán)格的要求目前，大多數(shù)配電變壓器采用疊片鐵心結(jié)構(gòu)，其運(yùn)行效率主要受硅鋼片電磁特性和鐵心結(jié)構(gòu)的影響。在硅鋼片級(jí)別方面，極薄規(guī)格產(chǎn)品如0.18 mm取向硅鋼片面市為新型低鐵損變壓器制造提供了機(jī)遇。在鐵心結(jié)構(gòu)研究方面，大量的研究和實(shí)驗(yàn)表明，由于氣隙的影響，變壓器階梯接頭處的磁電阻較大，磁通在相鄰的硅鋼片之間穿過(guò)，導(dǎo)致交叉點(diǎn)處磁通密度增加，從而引起空載電流和損耗增加。為了進(jìn)一步加深對(duì)新型極低鐵損0.18 mm硅鋼變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究，提高變壓器的運(yùn)行效率，對(duì)鐵心連接區(qū)域的研究非常重要。

周石等研究人員基于實(shí)驗(yàn)測(cè)得的0.18 mm硅鋼磁性能參數(shù)，采用等效磁性能法分析了不同臺(tái)階形式、搭接長(zhǎng)度和疊片方式對(duì)接頭區(qū)域電磁性能的影響，得到了等效磁化曲線。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的極低鐵損硅鋼片鐵心，并確定了搭接區(qū)的形式，并對(duì)鐵心采用不同磁化曲線的搭接區(qū)和非搭接區(qū)進(jìn)行了模擬，最后，進(jìn)行了樣機(jī)空載運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明，采用考慮搭接區(qū)的建模方法更趨于實(shí)驗(yàn)值，而且，設(shè)計(jì)鐵心空載損耗比GB 20052–2013中能效1級(jí)硅鋼片限值低28.56%左右，顯著提升了我國(guó)高端節(jié)能配電變壓器的技術(shù)水平。該項(xiàng)目獲得國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目《0.18mm超薄規(guī)格極低損耗取向硅鋼S15配電變壓器的研發(fā)技術(shù)》資金支持。

研究中儀測(cè)量了18SQGD065高磁導(dǎo)率取向硅鋼片的磁性能?；?.18 mm硅鋼的磁特性，其沿軋制方向的磁導(dǎo)率大于沿垂直方向的磁導(dǎo)率，所以鐵心工作時(shí)，可以認(rèn)為磁通沿軋制方向，在鐵心主接縫區(qū)磁通方向上柱用軛丸與鐵心軋制方向的夾角很小，對(duì)鐵心接頭區(qū)域進(jìn)行建模分析。



通過(guò)建模分析得出以下結(jié)論：

磁通量小，硅鋼片磁導(dǎo)率高，磁力線在遠(yuǎn)離氣隙區(qū)域或偏轉(zhuǎn)，當(dāng)磁通量密度繼續(xù)上升時(shí)，由于磁通量密度過(guò)載嚴(yán)重，當(dāng)硅鋼片越過(guò)拐點(diǎn)進(jìn)入非線性區(qū)時(shí)，磁導(dǎo)率迅速下降并逐漸接近真空磁導(dǎo)率。穿越片間的磁通逐漸減少，然后通過(guò)氣隙，最終使連接區(qū)全部進(jìn)入過(guò)載。

改變步進(jìn)級(jí)數(shù)可以最明顯地改善接頭區(qū)的磁性能。采用接頭區(qū)和非接頭區(qū)分區(qū)的建模方法分析了變壓器的空載運(yùn)行特性，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，考慮節(jié)理比傳統(tǒng)建模更接近實(shí)測(cè)值，提高了模擬精度。

基于鐵心接頭的模擬，進(jìn)一步確定了使用0.18mm極地鐵損硅鋼片設(shè)計(jì)的鐵心結(jié)構(gòu)和接頭的搭接方式，并制作了變壓器樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)表明，設(shè)計(jì)鐵心的空載損耗僅為431W，比GB 20052–2013中能效1級(jí)硅鋼片的限值低約28.56%。