西门子6GK7243-1EX01-0XE0现货包邮

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1　S11卷铁芯变压器的由来

(1)概述：

降低变压器的损耗，提高供配电系统效率，是目前**关注的问题。在整个供电系统中，配电变压器所占比重较大，尤其在农村电网中几乎都是配电变压器，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*特的结构优势，它与传统的叠片式铁芯变压器相比，具有重量轻，体积小，空载损耗小，噪音低，机械和电气性能优越，因此，在今后电网建设与改造中，卷铁芯变压器将逐步被推广使用。

80年代末美国、德国、日本相继开发了卷铁芯变压器，较早是使用在电子变压器上，作为复印机、计算机、卡拉OK、等高档电子产品和医疗产品上，而后逐渐移置到电力变压器上。卷铁芯由硅钢片不间断连续卷制而成，在片形上没有接缝，可降低噪音。开始仅有单相铁芯，以后由单相卷铁芯技术推广到三相卷铁芯制造上来。只要在两个闭路矩形铁芯外面，再用电工钢带绕一个矩形铁芯即可以制成平面布置型的三相三柱式铁芯。它由两个相同的内框和外框组成。三相卷铁芯变压器与单相相比，其损耗和一个噪音的降低都是不足的，但与叠片式的铁芯变压器相比有许多优点。

单相卷铁芯变压器只有一个框，铁芯经退火后，其工艺系数仅为1.05。三相卷铁芯变压器一般采用三相三柱内铁芯形式，铁芯经退火后，其工艺系数可达到1.15～1.2。

卷铁芯变压器的制造过程主要由硅钢片的纵剪、铁芯卷制、铁芯真空退火、线圈绕制、器身绝缘装配、产品总装配等工序组成。

(2)国内S11卷铁芯变压器的状况：

90年代中期我国自行开发了卷铁芯工装设备及制造技术，90年代后期我国一些生产厂家也分别从日本、瑞典等国家引进卷铁芯的工装设备和技术。

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，至于其他方面都不好一概而论，都有待进一步去改进工装设备，改进生产工艺，改进设计思路，而逐渐显示出各自的优势来。

目前我国生产S11卷铁芯变压器的厂家不过十几家，大部分是生产阶梯型的厂家，R型的生产厂家不过有几家。卷铁芯变压器的产品除了供给国内用户外，有的厂家产品已销往国外。

卷铁芯变压器的生产，目前我国主要集中在10kV电压等级，较大容量800kVA已通过鉴定，1250kVA、1600kVA已经试制成功。

目前电力部门采购的卷铁芯变压器以315kVA及以下的容量居多。

(3)我国卷铁芯变压器同国外产品空载损耗指标比较：

比日本三菱公司变压器：空载损耗降低21.8%

比日本大阪变压器：空载损耗降低10.3%

比日本变压器：空载损耗降低39%

比意大利变压器：空载损耗降低39.6%

比挪威变压器：空载损耗降低36.5%

比比利时变压器：空载损耗降低21.2%

比德国变压器：空载损耗降低11.6%

由上可知，我国目前生产的S11卷铁芯配电变压器在空载损耗方面在国际上具有良好地位。

2　S11卷铁芯变压器结构特点及工艺

(1)卷铁芯变压器结构特点及工艺：

三相卷铁芯变压器的铁芯结构是由两个长方形其断面为内凸的铁芯和包围在两个铁芯外的其断面为外凸的铁芯组成。为了避免硅钢片在卷制时过渡损伤，铁芯窗口四角应为圆角（一般圆角半径大于4mm）。

卷铁芯变压器将冷轧硅钢片（厚度≤0.3mm）纵剪成不同宽度的条料，在铁芯卷绕机上进行卷制。

阶梯型卷铁芯操作工艺：将所需不同片宽卷料钢带张紧在放料架上，拉下末级片穿过张力装置待用。在卷绕机轴上固定好模具，保证模具断面跳动再允许的公差范围内。取**级片固定在模具上，适当调整张力，慢速转动两周后放下机头上的压辊，便可自动绕制。卷完**级后，剪断**级片，抽出*片与**级对中，用**级末两周压住*二级片头进行绕制。如此重复上述操作，直至完成单框内铁芯。在绕制三相外铁芯时，先将两个已卷好的内铁芯组合固定，同时测量尺寸符合要求后，再将其固定在卷制机上卷制外铁芯。

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（较好采用真空充氮退火炉）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。退火较高温度为860℃。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。

(2)线圈结构特点及工艺：

卷铁芯变压器高低压线圈是在铁芯柱上直接绕制的。因此，只能采用层式或螺旋式线圈。该线圈一般不做浸漆处理，所以层间绝缘全部采用菱格点胶纸，高低压间主油道采用半油道帘式撑条结构，以保证油道间隙均匀。

线圈绕制过程，首先把卷制合格的铁芯固定在专用的绕线机上，并在铁芯上绕一层紧缩带。然后将两半齿轮安装在铁芯柱上，齿轮铜套与铁芯的定位要固定好，靠手柄调整两个主动齿轮与绕线齿轮，使其为较佳啮合，并保证两端齿轮间距符合绕组轴向尺寸要求。

在立式绕线机上绕制三相卷铁芯变压器，一般先从较上面铁芯A柱(项)开始。首先裹上内纸筒，然后用白布带将纸筒收紧固定在两端绕线齿轮的凸台上，绕线机应转动灵活。低压扁铜线的绕制按设计要求，包好出头绝缘（注意线圈绕向），将线圈首头固定在齿轮上。开始绕制时，采用普通线圈8字绑扎法将起始扎端绝缘绑扎好，并沿圆周均匀加放4～5根轴向拉紧收缩带。绕制时收缩带与线匝交替上下位置，边绕边拉紧，使线匝紧实平整。绕制末端最后一匝时，确定好出头位置点动倒车，同起头方法包扎出头绝缘，并将端绝缘与末匝仍用8字绑扎法绑好（低压线圈首头、末头预留长度都是压在预留的端绝缘处）。低压线圈绕完后，应测量线圈外径，看是否符合要求。然后，按图纸要求放置高低之间油道绝缘，继续绕制高压线圈。高压线圈绕制方法与叠片式线圈绕制方法基本相同，这里不再介绍。A柱(相)线圈绕好后，上移铁芯，依次绕制B、C相线圈。整台线圈绕好后，用专用吊具把器身平放到装配平台上，抽出首头和末头，放进端部绝缘并压紧。借助吊具将铁芯起立，装配铁轭绝缘，上好铁芯夹件，压紧线圈轴向（注意铁芯不要压得太紧，否则会增加铁芯损耗）。卷铁芯变压器的器身装配后成为一个牢固的整体，能耐受较强的短路电流引起的电动机械力。此外，为了防止线圈受潮，绕制好线圈后应及时进行器身装配。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。

(3)卷铁芯变压器工艺性能：

应用特殊夹件进行器身装配，以保证优于叠片式铁芯的抗短路能力。卷铁芯在生产线上进行卷制，不需横剪设备，了由人工叠片、叠装、拆插上铁轭造成的质量波动。线圈不用套装工序，器身装配只需线圈轴相紧固，不需要对铁芯装配紧固，工序大为简化。就卷铁芯变压器生产工序而言，它比生产同样的叠铁芯变压器可减少5～6道工序，因此生产效率较高，质量较稳定可靠，很少受人为因素影响。

3　S11卷铁芯变压器的技术特点

S11型变压器卷铁芯打破了传统的叠片式铁芯结构。卷铁芯变压器是一种低噪音环保型、节能的配电变压器，与传统叠片式变压器相比较，有 以下七个显著特点：

①硅钢片连续卷制，铁芯无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60%～80%，提高了功率因数，降低了电网线损，改善了电网的供电品质。

②连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20%～35%。

③卷铁芯经退火工艺后，其导磁性能可恢复到机加工前的原有水平。

④卷铁芯结构成自然紧固状态，*夹件紧固，避免了因铁芯加紧力所带来的铁芯性能恶化，损耗增加。

⑤卷铁芯自身是一个无接缝的整体，且结构紧凑，在运行时的噪音水平降低到30～45dB，保护了环境。因此，很适合于建筑物内和生活区安装使用。

⑥卷铁芯节约加工材料，硅钢片无横剪工序，边角废料少，材料利用率比S9型叠铁芯变压器高，在同容量下，铁芯重量大约下降10%左右，节约了原材料，性能价格比有较大提高。

⑦卷铁芯生产加工机械化程度高，生产效率比叠片铁芯生产率提高约2倍。

卷铁芯变压器的缺点：一是铁芯退火工艺要求较高；二是铁芯卷绕和线圈绕制需要专用设备；三是铁芯和绕组维修较困难。

目前国内采购的卷铁芯变压器主要是315kVA及以下容量。

2000年，国家电力公司农电工作部、成套设备部、电力机械局联合召开了S11卷铁芯变压器应用研讨会，明确各地可根据实际情况推广使用。

莱钢12000m3／h空分装置全套引进德国林德公司的技术设备，采用空气低温精馏法生产高纯度的氧气、氮气和氩气。其简要生产工艺过程如下：原料空气经压缩、预冷，并在分子筛站除去水分和CO2，进入冷箱后分成两股，一股经主换热器逆流冷却进入高压塔，另一股经膨胀降温进入低压塔。空气经高压塔、低压塔两级精馏，在低压塔**部分离氮、液氮，在其底部分离出液氧。在低压塔中部抽出富氩的氩馏分(约含90％O2、10％Ar和0.05％N2)，送往初级粗氩塔中除去氧分，从初级粗氩塔**部引态氩(纯度约99.8％)送到次级粗氩塔底部，进一步除去氧分。最后，含氧量小于0.0001％的氩送往纯氩塔除去氮和碳氢化合物，生产出纯氩。

1　控制系统结构
该空分装置采用了加拿大Elsag公司的INFI-90控制系统，其中INFI-90DCS作为过程控制系统，完成数据采集、回路调节及逻辑顺序控制；DECAlpha200计算机用于自动变负荷控制(ALC)。为了保证大型设备安全、可靠地运行，在现场选用了5台PLC，分别完成空压机、氮压机、氧压机和两台膨胀透平机的局部控制。主控室中配有1台工程师工作站、1台操作员监控站、1台自动变负荷过程站和3台打印机，用于生产过程监控，软件组态及图形、报警打印。控制系统网络结构如图1所示。

该系统配置的较大特点是具有冗余功能，包括：
1)INFI-NET环的双环热态冗余。
2)两块网络接口模件硬线配置成互为冗余，保证上环网的数据不中断。
3)4个多功能处理器分别用硬线配置成两对互为冗余模块，保证系统程序执行不中断。
4)工程师工作站与操作员监控站通过以太网配置成冗余，共享两台打印机。

2　控制功能
2.1DCS过程控制
ElsagDCS主要完成产品加工区、存储区的数据采集和回路控制。控制回路主要有空压机吸入空气的流量控制；空冷塔、水冷塔的液位控制；两分子筛的运行步骤及切换控制；冷箱内各精馏塔及管道内的压力、流量、温度控制；存储罐内的液位及压力控制等等。
为使整个生产过程运行稳定，各回路间都设有级联控制。该空分装置主要是制取氧气，氧气流量调节回路如图2所示。

由于氧气流量调节会影响到氩馏分、氧气压力、氧气温度的变化，联锁停车信号会使回路处于安全设定值状态，因此设计过程中需考虑到这些因素的存在，使之处于级联状态，保证了氧气流量的安全调节。
PID回路调节是由PID功能块和控制站功能块组成，它有3种工作方式。(1)手动方式操作员在监控画面上直接修改阀门开度的输出值，达到手动控制现场设备的目的。(2)自动方式操作员通过监控画面修改控制站功能块的设定值1，由PID回路根据此设定值与测量值的偏差自动调节阀门的开度。(3)级联方式与自动方式基本相同，但控制站功能块的设定值2是由内部程序修改，在监控画面上不能修改此设定值。
2.2ALC
ALC是指通过DECAlpha200计算机中已组态好的实时数据库(DHI)与DCS系统进行通信，以控制现场25个主要控制回路，改变空分装置的运行负荷，即改变空气的吸入量和能耗，并自动地按照一定算法改变后续工序的相应重要生产参数，实现氧气产量随需求量的变化而变化的自动调节，调节范围为设计产量的70％～100％。这样就可降低生产成本，提高经济效益。
2.2.1ALC系统主要功能
(1)操作员接口
用于气氧产品目标产量的设定和自动变负荷全过程的监视。为保证生产安全，该气氧产品目标产量设**有上、下限值。
(2)计算块和设**斜坡函数
用于ALC所控制的25个控制回路的各个目标设**及其他重要工艺参数的计算。
(3)数据传送
用于DEC Alpha200计算机计算出的各控制回路设**的值到相应控制回路的动态传送，其数据每5s刷新一次。ALC系统启动前，受ALC控制的所有控制回路必须设定在适当的操作状态(即自动／串级)。一旦出现错误的信号，ALC便自动停止数据的传送，保持当前状态，同时发出声、光报警信号。
(4)历史趋势图显示
用于显示自动变负荷控制过程中主要控制回路的参数曲线，以便于操作人员监视生产状况。
(5)安全运行
自动变负荷可以随时启动或停止，当25个控制回路中有1个出现错误时，变负荷将自动停止，各回路保持在当前状态。
2.2.2控制原理
对于每个控制回路来说，不同的氧产量值，对应着不同较佳设定值。在ALC系统内部设置了一套自己的专家控制系统，它是由上千组不同氧产量值对应不同控制回路的较佳经验设定值组成。每次变负荷之前，系统根据当前各控制回路的工艺值、当前氧产量值、输入的氧产量变量值、设计氧产量的较大较小值，计算出各控制回路的较终目标设定值和当前状态(OK或ERRO)；并且在从当前氧产量向目标氧产量的变化过程中，按照每次改变量不能**过上次氧产量值的5％的原则，每5s改变一次氧产量值，即每5s计算并发送一次各控制回路的设定值，并计算出完成本次变负荷所需要的时间，再由氧产量和完成变负荷的时间构成一个一次函数，这就是斜坡方程。该斜坡方程控制曲线如图3所示。ALC系统每次运行都是按照这一计算好的斜坡方程轨迹运行，直到运行时间结束。ALC系统控制运行流程图如图4所示。


2.3PLC局部控制
PLC局部控制由4台SIEMENS S5-115U 945和1台三菱MELSEC A1S PLC组成，用来完成主厂房内空压机等大型主体设备的启动、停止、运行的逻辑控制，回路控制及运行状态监视。

3　通信方式
3.1DCS系统通信方式
该集散控制系统采用了INFI-NET环、控制总线(Controlway)和输入／输出扩展总线3层通信结构。
(1)INFI-NET环是一个无主站、封闭环路、缓冲器插入型的环行通信网络，由一对冗余的同轴电缆和相应的通信端子单元构成，较多支持250个节点，通信速率为10Mb/s。
(2)控制总线是一个1Mb/s的串行通信链，较多支持32个多功能处理器，允许过程数据、文件数据和计算机数据的交换，也能处理组态下装和参数整定，并可通过网络处理模件从INFI-NET环接收或发送例外报告。
(3)输入／输出扩展总线处理数字量I／O模件和模拟量I／O模件与多功能处理器之间的数据通信。它是一个高速并行通信通道，其总线宽为8个数据位，传输速率为0.5Mb/s。
3.2ALC系统与DCS间的通信
ALC系统通过计算机的网络接口模块与INFI-NET环相连，它与DCS间的通信要经过DCS驱动器，将数据转换成两个系统都能接受的协议形式。通信示意图如图5所示。

4　结束语
该集散控制系统于1996年11月开始调试，1997年9月20日通过考核验收，自动控制系统运行稳定，控制功能和控制精度符合生产工艺的要求。当氧产量从70％上升到100％时，ALC所需时间约为40min；氧产量从100％下降到70％时，ALC所需时间约为60min，耗电量是100％工况时的77.7％，大大降低了生产能耗，提高了经济效益。该系统基本达到无人控制，产品各项指标均达到合同要求，且重要的工艺参数可通过以太网传送到厂级管理计算机，对于冶炼用气的合理调度具有重要意义