张益莹
摘要：电力变压器铁芯由于工艺所限，其硅钢片接缝不可消除，因而造成变压器空载损耗难以进一步降低。用某种软磁材料填充硅钢片接缝，减少磁阻，能较大幅度降低空载损耗，从而全面提升变压器效率。
关键词：电力变压器；磁隙填充；节能
一、电力变压器电能损耗简析
电力变压器受技术、材料、工艺等诸多因素影响，在传输电能的过程中不可避免地要消耗一部分电能。消耗电能的构成大致有：(1)铁芯材料形成的磁滞损耗和涡流损耗；(2)硅芯片剪裁及装配工艺缺陷造成的磁通泄漏损耗；(3)绕组电阻性发热和涡流性损耗，以及高次谐波损耗，分布电容性损耗等。
为尽量减少损耗，提高变压器效率，人们充分应用了当今最新科技成果，从变压器的结构、绕组形式、绝缘方式、铁芯材料、几何形状、拼装等方面做了大量优化改进。可以说，在目前技术经济条件下，电力变压器的性能几乎接近极限。但是尽管如此，一台电力变压器仍然有百余瓦至数千瓦的损耗。
由于变压器硅钢芯片的剪裁、拼装工艺优化已近极限，绕组形式也已充分优化，继续改进的空间很小，于是人们开始在硅芯及线组导线材料上着手，研究开发了非晶合金铁芯材料和超导材料导线。这些新材料进一步提高了电力变压器的性能。但由于非晶合金铁芯材料存在成本高、重量大、磁通密度低于常规硅钢片，压力敏感、叠片系数低、硬度高及难加工等问题，尚难以取代常规硅钢片；超导材料导线目前则只能用于特殊变压器，在电力变压器上大量应用还有待于开发出更耐高温、价格更低的超导材料。
二、解决问题的途径
电力变压器的电能损耗分为空载和负载损耗。空载损耗二磁滞损耗+涡流损耗，又可表示为变压器空载电流的有功分量，或称之为铁损。变压器的空载损耗可表示为：工艺系数×铁芯损耗
K值越小，铁损就越小。但工艺系数K值不可能等于1，一般在1.15~1.45范围。K值与铁芯材料、接缝形成、叠片工艺、产品结构设计等诸多因素有关。
铁损中，硅钢片的接缝影响最大。由于结构及工艺原因，大中型电力变压器的铁芯只能采取叠片方式制造，因而不可避免地产生硅钢片接缝。
硅钢片接缝即磁隙，仅是硅钢片的数千分之一甚至万分之一，所以磁阻极大，磁力线的绝大部分将从相邻叠放的硅钢片通过，仅有很小一部分直接穿过磁隙。磁隙的存在，一是造成铁芯磁路不完全闭合，磁力线泄漏；二是磁力线绝大部分“借道”相邻硅钢片通过，造成硅钢片局部磁饱和，引起磁通电流进入非线性区域。二者的共同作用造成变压器空载电流居高不下。
在磁隙处充填某种导磁材料，使导磁率大幅度提升到接近硅钢片的导磁率，大大降低铁芯磁回路的磁阻，磁力线外泄及激磁电流将相应大幅度降低，从而使输人功率能以更小的损耗输送到次级侧，变压器的效率大大提高。
三、磁隙填充材料的选取
磁隙填充材料应满足以下要求：(1)导磁率尽可能高，最好能接近或达到硅钢片的导磁率，尽量减少磁阻；(2)应呈粉状且颗粒尽可能小，以最大限度增加填充系数；(3)应具有化学及物理的长期稳定性，以保证其性能与变压器铁芯运行工况及寿命周期相适应；(4)成本适宜。可满足上述要求的磁性材料有铁氧体磁粉和工业铁粉。铁氧体磁粉的导磁率较低，一般适用于中频及更高频率的电磁转换，工作于50Hz时效率偏低；工业铁粉导磁率高于铁氧体磁粉，如选用质地纯净，粒度均匀的产品基本可满足磁隙填充的要求。最理想的是采用硅钢材料制成的磁粉，其电气性能与硅钢片相同，用以填充磁隙，可取得满意效果。
由于填充材料是细粉状，其密度不可能与硅钢相同，所以其导磁性能还是要打折扣的。如要继续提高填充效果，只有选取导磁率远超过硅钢的特殊合金材料，或稀土软磁材料，但造价也将随之提高。
四、磁隙填充材料的制备
磁隙填充材料将工作于强磁场，强电场的较高温升和电磁振动以及可能有导热介质浸泡等工况，所以必须确保以下几点：(1)具有一定初始流动性，使其能充分填充于硅钢片接缝中；(2)具有良好的附着性。进入磁隙的填充材料应能长期牢固地附着在硅钢片断面，不发生脱落；(3)填充磁粉与承载介质间应有适当的流动性并尽量提高密度，以满足填充性能和减小磁阻两方面的要求。为达到上述要求，可选取缓凝的低黏度高分子粘胶剂作为磁粉承载介质，两者充分混合后即成填充剂。
用作磁粉承载介质的高分子粘胶剂固化后应具有一定的柔性，以使磁粉颗料在有电磁振动的环境中能长期牢牢“抓住”硅钢片断面不致脱落。承载介质应具有良好的电气绝缘性能及较低的介质损耗Q值。以适当稀释的改性环氧树脂作配方上的针对性调整，可满足上述要求。
五、填充工艺
磁隙填充工艺可分两种情况：(1)在硅钢片拼接过程中逐片（组）进行；(2)铁芯整体拼装完成后，未装绕组之前进行。
1．在铁芯装配过程中，每片（组）硅钢片拼接时在接缝处注入适量填充剂，将溢出接缝的多余填充剂刮除，然后将下一片（组）硅钢片叠上，在新的接缝处注入填充剂，直到整个变压器铁芯拼装完毕。待绕组装好后，仍在最后拼装的硅钢片接缝处注入填充剂。为了提高填充剂的附着性能，可在铁芯的几处接缝集中部位用玻璃丝绝缘胶带缠绕包扎。
这种工艺由于是逐片（组成部分）注入填充剂，所以工时效率较低，适用于单台或小批量电力变压器生产，或老旧变压器大修改造。
2．在铁芯整体拼装完毕绕组未装之前，以压力注入方式将填充剂压注入磁隙中。该工艺要求在铁芯接缝集中部位外侧临时装配密封卡具，以形成压力腔结构。然后用柱塞泵将填充剂一次注入。该工艺效率较高，但填充质量受接缝形式、填充剂流动性、注入压力和密封程度等因素影响，效果较第一种情况略差。