GB 20052-2020《電力變壓器能效值及能效等級》于2021年6月1日正式實施，性能指標低于該標準中3級能效標準的電力變壓器將不允許再生產(chǎn)。新標準對110kV電力變壓器的技術(shù)性能提出了更高的要求:3級能效的空載損耗降幅達到了約20%，2級能效的空載損耗降幅達到了約35%，1級能效的空載損耗降幅高達約45%。在負載損耗方面，3級能效的負載損耗降幅約5%，2級和1級能效的負載損耗降幅約10%?？蛰d損耗降幅如此之大，對鐵心材料和鐵心加工工藝提出了更高的要求，0.20mm和0.18mm超薄、高性能硅鋼片將在新能效標準實施后得到更多的應用，特別是在1級能效變壓器上，將不得不使用0.20mm和0.18mm超薄、高性能硅鋼片。繞組材料在沒有得到革命性突破之前，只能通過結(jié)構(gòu)上的一些改進提高鐵心窗口填充率降低電阻損耗，通過屏蔽結(jié)構(gòu)的優(yōu)化等措施降低附加損耗。
張亞杰等研究人員開發(fā)研究了一種新1級能效變壓器電磁結(jié)構(gòu)用以試制新1級能效110kV變壓器。該方案中采用了厚度為0.20mm，單位損耗為0.65W/kg（1.7T）的超薄高性能硅鋼片。鐵心結(jié)構(gòu)可以選擇三相三柱式，也可以選擇三相五柱式。三柱式鐵心結(jié)構(gòu)的“T”形區(qū)域為兩個，五柱式的“T”形區(qū)域為六個；三柱式鐵心的心柱和鐵軛中磁通一致，五柱式鐵心的鐵軛磁通中含有諧波。因此，同一臺變壓器，采用三柱式鐵心的空載性能一般要優(yōu)于五柱式鐵心。該項設計中采用三相三柱式鐵心結(jié)構(gòu)并輔以降低鐵心磁密來使空載損耗滿足技術(shù)要求。超薄硅鋼片的剪切質(zhì)量是能否達到預期目標的難點。剪切過程中刀具本身的精度和剪切毛刺對鐵心疊積和空載損耗有較大影響。鐵心制造過程中的機械加工、疊積、插鐵等操作使硅鋼片性能劣化。高壓繞組采用兩路并聯(lián)連續(xù)式結(jié)構(gòu)，低壓繞組可采用一路螺旋式結(jié)構(gòu)，也可采用雙層“U”形螺旋式結(jié)構(gòu)。為了滿足新1級能效中的損耗要求，高、低壓繞組全部采用換位導線繞制，以最大限度降低繞組的渦流損耗。低壓繞組采用雙層“U”形繞組的目的是繞組引線長度短，引線中的損耗較小，同時由于繞組首末頭相距較近，大電流磁場相互抵消，在一定程度上可降低雜散損耗。油箱壁四周布置硅鋼片制成的磁屏蔽，以降低油箱中的雜散損耗。
表1新試制新 1 級能效 110kV 變壓器技術(shù)要求
研究人員對新研制的135MVA/110kV 新1級能效變壓器的性能進行了仿真測試和試驗測試：空載損耗雖然滿足規(guī)定值要求,但比計算值高出3%，負載損耗實測值比計算值高約2%。他們認為：隨著GB 20052-2020標準的實施，在1級、2級能效領(lǐng)域，0.18mm~0.2mm超薄高性能硅鋼片將得到越來越多的應用，對鐵心剪切加工工藝提出了更高的要求。低壓雙層“U”形繞組在高壓側(cè)沖擊電壓下的感應電壓值低于普通一路繞組結(jié)構(gòu)。低壓雙層“U”形繞組中并聯(lián)導線間電流不平衡，對電阻損耗影響很小，但應核算承載最大電流導線的溫升。
表2 性能數(shù)據(jù)實測值與規(guī)定值的對比
張亞杰等研究人員開發(fā)研究了一種新1級能效變壓器電磁結(jié)構(gòu)用以試制新1級能效110kV變壓器。該方案中采用了厚度為0.20mm，單位損耗為0.65W/kg（1.7T）的超薄高性能硅鋼片。鐵心結(jié)構(gòu)可以選擇三相三柱式，也可以選擇三相五柱式。三柱式鐵心結(jié)構(gòu)的“T”形區(qū)域為兩個，五柱式的“T”形區(qū)域為六個；三柱式鐵心的心柱和鐵軛中磁通一致，五柱式鐵心的鐵軛磁通中含有諧波。因此，同一臺變壓器，采用三柱式鐵心的空載性能一般要優(yōu)于五柱式鐵心。該項設計中采用三相三柱式鐵心結(jié)構(gòu)并輔以降低鐵心磁密來使空載損耗滿足技術(shù)要求。超薄硅鋼片的剪切質(zhì)量是能否達到預期目標的難點。剪切過程中刀具本身的精度和剪切毛刺對鐵心疊積和空載損耗有較大影響。鐵心制造過程中的機械加工、疊積、插鐵等操作使硅鋼片性能劣化。高壓繞組采用兩路并聯(lián)連續(xù)式結(jié)構(gòu)，低壓繞組可采用一路螺旋式結(jié)構(gòu)，也可采用雙層“U”形螺旋式結(jié)構(gòu)。為了滿足新1級能效中的損耗要求，高、低壓繞組全部采用換位導線繞制，以最大限度降低繞組的渦流損耗。低壓繞組采用雙層“U”形繞組的目的是繞組引線長度短，引線中的損耗較小，同時由于繞組首末頭相距較近，大電流磁場相互抵消，在一定程度上可降低雜散損耗。油箱壁四周布置硅鋼片制成的磁屏蔽，以降低油箱中的雜散損耗。
表1新試制新 1 級能效 110kV 變壓器技術(shù)要求
研究人員對新研制的135MVA/110kV 新1級能效變壓器的性能進行了仿真測試和試驗測試：空載損耗雖然滿足規(guī)定值要求,但比計算值高出3%，負載損耗實測值比計算值高約2%。他們認為：隨著GB 20052-2020標準的實施，在1級、2級能效領(lǐng)域，0.18mm~0.2mm超薄高性能硅鋼片將得到越來越多的應用，對鐵心剪切加工工藝提出了更高的要求。低壓雙層“U”形繞組在高壓側(cè)沖擊電壓下的感應電壓值低于普通一路繞組結(jié)構(gòu)。低壓雙層“U”形繞組中并聯(lián)導線間電流不平衡，對電阻損耗影響很小，但應核算承載最大電流導線的溫升。
表2 性能數(shù)據(jù)實測值與規(guī)定值的對比
