GB 20052-2020《電力變壓器能效值及能效等級(jí)》于2021年6月1日正式實(shí)施，性能指標(biāo)低于該標(biāo)準(zhǔn)中3級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)的電力變壓器將不允許再生產(chǎn)。新標(biāo)準(zhǔn)對(duì)110kV電力變壓器的技術(shù)性能提出了更高的要求:3級(jí)能效的空載損耗降幅達(dá)到了約20%，2級(jí)能效的空載損耗降幅達(dá)到了約35%，1級(jí)能效的空載損耗降幅高達(dá)約45%。在負(fù)載損耗方面，3級(jí)能效的負(fù)載損耗降幅約5%，2級(jí)和1級(jí)能效的負(fù)載損耗降幅約10%。空載損耗降幅如此之大，對(duì)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(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后得到更多的應(yīng)用，特別是在1級(jí)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(méi)有得到革命性突破之前，只能通過(guò)結(jié)構(gòu)上的一些改進(jìn)提高鐵心窗口填充率降低電阻損耗，通過(guò)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(kāi)發(fā)研究了一種新1級(jí)能效變壓器電磁結(jié)構(gòu)用以試制新1級(jí)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?yàn)閮蓚€(gè)，五柱式的“T”形區(qū)域?yàn)榱鶄€(gè)；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(tái)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(xiàng)設(shè)計(jì)中采用三相三柱式鐵心結(jié)構(gòu)并輔以降低鐵心磁密來(lái)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(dá)到預(yù)期目標(biāo)的難點(diǎn)。剪切過(guò)程中刀具本身的精度和剪切毛刺對(duì)鐵心疊積和空載損耗有較大影響。鐵心制造過(guò)程中的機(jī)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(jí)能效中的損耗要求，高、低壓繞組全部采用換位導(dǎo)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(zhǎng)度短，引線中的損耗較小，同時(shí)由于繞組首末頭相距較近，大電流磁場(chǎng)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(jí)能效 110kV 變壓器技術(shù)要求
研究人員對(duì)新研制的135MVA/110kV 新1級(jí)能效變壓器的性能進(jìn)行了仿真測(cè)試和試驗(yàn)測(cè)試：空載損耗雖然滿足規(guī)定值要求,但比計(jì)算值高出3%，負(fù)載損耗實(shí)測(cè)值比計(jì)算值高約2%。他們認(rèn)為：隨著GB 20052-2020標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，在1級(jí)、2級(jí)能效領(lǐng)域，0.18mm~0.2mm超薄高性能硅鋼片將得到越來(lái)越多的應(yīng)用，對(duì)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(yīng)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(dǎo)線間電流不平衡，對(duì)電阻損耗影響很小，但應(yīng)核算承載最大電流導(dǎo)線的溫升。
表2 性能數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與規(guī)定值的對(duì)比
張亞杰等研究人員開(kāi)發(fā)研究了一種新1級(jí)能效變壓器電磁結(jié)構(gòu)用以試制新1級(jí)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?yàn)閮蓚€(gè)，五柱式的“T”形區(qū)域?yàn)榱鶄€(gè)；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(tái)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(xiàng)設(shè)計(jì)中采用三相三柱式鐵心結(jié)構(gòu)并輔以降低鐵心磁密來(lái)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(dá)到預(yù)期目標(biāo)的難點(diǎn)。剪切過(guò)程中刀具本身的精度和剪切毛刺對(duì)鐵心疊積和空載損耗有較大影響。鐵心制造過(guò)程中的機(jī)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(jí)能效中的損耗要求，高、低壓繞組全部采用換位導(dǎo)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(zhǎng)度短，引線中的損耗較小，同時(shí)由于繞組首末頭相距較近，大電流磁場(chǎng)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(jí)能效 110kV 變壓器技術(shù)要求
研究人員對(duì)新研制的135MVA/110kV 新1級(jí)能效變壓器的性能進(jìn)行了仿真測(cè)試和試驗(yàn)測(cè)試：空載損耗雖然滿足規(guī)定值要求,但比計(jì)算值高出3%，負(fù)載損耗實(shí)測(cè)值比計(jì)算值高約2%。他們認(rèn)為：隨著GB 20052-2020標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，在1級(jí)、2級(jí)能效領(lǐng)域，0.18mm~0.2mm超薄高性能硅鋼片將得到越來(lái)越多的應(yīng)用，對(duì)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(yīng)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(dǎo)線間電流不平衡，對(duì)電阻損耗影響很小，但應(yīng)核算承載最大電流導(dǎo)線的溫升。
表2 性能數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)值與規(guī)定值的對(duì)比
