关于S11型变压器卷铁心退火的工艺的探讨

章文斌

摘要本文探讨了S11型变压器的卷铁心退火的工艺及应注意的几个问题。

关键词S11型变压器卷铁心退火要求

中图分类号:TM4文献标识码:A

1 前言

卷铁芯变压器因其重量轻,体积小,空载损耗小,噪音低,机械和电气性能优越,因此,上世纪80年代末,一些有远见卓识的变压器厂家开始投入大量的人力和物力研究、开发卷铁芯变压器。降低变压器的损耗,提高供配电系统效率,是目前世界各国关注的问题。在整个供电系统中,配电变压器所占比重最大,改进其性能,降低损耗指标,对电力系统节能,提高系统可靠性具有重要的意义。由于卷铁芯变压器有其独特的结构优势,卷铁芯变压器逐步被推广使用。

2 铁心退火对其框架及夹件的要求

卷铁芯变压器的铁芯是由厚度小于或等于0.3mm冷轧的硅钢片,纵剪成不同宽度的条料,连续不断卷制(中间没有接头)成长方形的框架,又由于硅钢片的宽度形状不同,绕制成型后其断面是不一样的。这样卷铁芯又可分为两种:阶梯型和R型。

阶梯型卷铁芯变压器和R型卷铁芯变压器,它们都具备卷铁芯变压器的优点。但它们之间又有不同,如硅钢片的利用上,梯形的要比R型的高,磁阻方面梯形的要比R型的大一些,体积上R型的要比梯形的略小。铁心渗碳易变脆,所以铁心框架最好使用不锈钢。不锈钢在高温下不会表面氧化、锈蚀,使用寿命较长。有些厂家考虑成本,铁心框架和夹件采用低碳钢,实践证明,经过几次退火后,该材料也可使用。

3 对退火铁心装炉及其摆放的要求

铁芯卷制成型后,为了防止在退火时高温变形,用整型机整形并用专用工装将铁芯夹持好,放进退火炉(最好采用真空充氮退火炉)。铁心装炉量与铁心退火的质量有关,原则上装炉不要满炉。因为装炉太满时,吸热的铁心数量较多,同时热量不易对流,尤其中间的铁心产生热不透的现象。退火后,合格率不高。退火炉按照设定的程序利用计算机控制温度曲线,自动达到降低空载损耗的目的。退火过程中要在适当温度下充进氮气,以防铁芯氧化。卷铁芯经良好的退火处理后,能彻底消除内应力,磁路各处均无高磁阻存在,故空载电流可大幅度下降,工艺系数仅为1.05左右。

同时,因靠近炉壁处的温度较高,在摆放铁心时,铁心与铁心框架应有一定的距离。其次,铁心相互之间要保持一定的距离,使铁心容易受热,有利于氮气气流畅通,充分发挥其保持作用。

4 铁心退火过程中升温、保温、降温的要求

在铁心退火的过程中,温度、时间是保证铁心退火质量的关键。刚升温时,升温的速度较快,仪表反映的温度是放置在炉壁附近热电偶的温度,并未反映炉内的真实温度。因此,当炉内温度到600℃左右时要保温一段时间,让热量有一个充分的扩散时间。加热开始时要排除炉内水蒸气,以免水蒸气在高温下与Fe反应而使铁心氧化。然后继续加热让温度上升,在600℃保温时间应在2-3个小时左右,让铁心有充分的时间进行再结晶。因为铁心剪切、卷制以及搬℃运过程中,卷铁心晶粒会破碎,但时间不能太长,以避免晶粒长大。

当铁心温度达到铁心退火温度时,再进行保温,一般铁心退火温度为780℃至830℃,温度不能太高或太低。这温度应视硅钢片的型号而定,武钢和俄罗斯的硅钢片片间绝缘不太稳定,温度不能太高,日本的硅钢片性能稳定温度可以高一点。温度过高不仅浪费能源,而且还可能导致铁心过热,易严重氧化,降低铁心的磁化性能和增加铁心脆性。保温时间与装炉量,铁心大小,退火炉的性能有关。升温加热的速度不应超过50℃/h。升温时间不要过快,以免铁心内外温差过大,产生热应力,同时铁心和铁心框架有变形及开裂的可能。降温速度不应超过30℃/h。为了避免铁心产生热变形,同时有利于晶粒的再结晶。当温度降到350℃时,方可出炉。

5 铁心退火时应注意的其它问题

当温度较高时,不得补充氮气,因氮气的温度很低,会使铁心表面骤冷,产生其它组织,使铁心变硬。同时也会造成铁心温度不均匀,产生热应力。退火炉停留一段时间后,不能按照前一段时间制定的温度对铁心进行退火,而是应重新测量炉内温度,调整炉内与炉壁热电偶的差值,然后再对其进行退火。对于不合格的铁心,应进行返退。铁心退火温度可比正常退火高出20℃至30℃,保温时间比正常保温时间略短。厂家在制定工艺时应根据不同的情况,应随时调整工艺参数。

从绕制线圈到总装配整个操作过程,对退火后的铁芯要轻拿轻放,并配有必要的工装吊具等,以保证铁芯不受较大的振动,尽量避免装配过程中铁芯损耗增加。