變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝分析

洪瑞欽

摘要：隨著我國(guó)城市化、工業(yè)化建設(shè)進(jìn)程逐步加快，工業(yè)生產(chǎn)用電以及人們?nèi)粘Ｉ钣秒娦枨蟛粩嘣黾?，城市配電工程施工建設(shè)數(shù)量和規(guī)模日益擴(kuò)大，城市變電器設(shè)備施工質(zhì)量安全問題受到了國(guó)家社會(huì)的廣泛重視。變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普遍由電磁方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩部分構(gòu)成，一定要依據(jù)前期設(shè)計(jì)來明確電磁方案等相關(guān)數(shù)據(jù)，其設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性直接決定著電力系統(tǒng)運(yùn)行能力，因此，加強(qiáng)提高變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝至關(guān)重要。本文主要就變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)與優(yōu)化建議進(jìn)行分析，并提出了變壓器結(jié)構(gòu)制造工藝的有效優(yōu)化策略，望對(duì)未來變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工作提供相應(yīng)借鑒。

關(guān)鍵詞：變壓器;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);制造工藝

變壓器具有電壓變換、阻抗變換、穩(wěn)壓等諸多作用，其重要性不言而喻，若其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷或者制造工藝滯后，勢(shì)必會(huì)弱化變壓器的實(shí)際功能。對(duì)此，該文以變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性為切入點(diǎn)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝的優(yōu)化提出了一定的建議，以供參考。這就需要我們立足實(shí)際，加大研究和創(chuàng)新力度，著力改善變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝水平，為其充分發(fā)揮性能、更好地服務(wù)于電力發(fā)展提供重要基礎(chǔ)。

1變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

眾所周知，變壓器是電力輸送不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)備，其設(shè)計(jì)優(yōu)劣和制造水平與電力傳輸?shù)陌踩浴⒏咝院徒?jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)，可以說是變電站的核心所在，而對(duì)于變壓器來說，主要涉及電磁方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大部分，其中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要以電磁方案和主要數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，是變壓器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果器身（鐵芯、繞組、絕緣、引線）、油箱、冷卻裝置、保護(hù)裝置、出線裝置等結(jié)構(gòu)或重要部分設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理，則會(huì)給變壓器多方面的參數(shù)和性能帶來不良影響，尤其是絕緣性能、負(fù)載損耗、運(yùn)行效率等，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)間接干擾電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量。

2變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相對(duì)復(fù)雜，影響因素較多，故應(yīng)參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，基于合理的電磁方案和技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮過電壓情況下的電氣強(qiáng)度，短路情況下的熱穩(wěn)定、動(dòng)穩(wěn)定，分析材料市場(chǎng)供應(yīng)情況和材料成本，優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)件和通用件，在此基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)加以改進(jìn)和優(yōu)化。

2.1鐵芯設(shè)計(jì)

鐵芯是變壓器最基本的構(gòu)成部件之一，變壓器的一次繞組和二次繞組均位于鐵芯上，為降低渦流損耗、改善磁路導(dǎo)磁系數(shù)，通常選用表面絕緣、0.3mm的硅鋼片制作而成，拉板和夾件選用高強(qiáng)度鋼板，一來簡(jiǎn)化夾件結(jié)構(gòu)，二來節(jié)約鋼板材料，為確保鐵芯在夾緊狀態(tài)下均勻受力，往往會(huì)適當(dāng)調(diào)整硅鋼片的夾緊面積，具體可以通過加寬鐵芯末級(jí)配以增設(shè)階梯木來實(shí)現(xiàn)，以此強(qiáng)化鐵芯框架的強(qiáng)度，為獲得更可靠的變壓器結(jié)構(gòu)提供保障。但值得注意的是，受硅鋼片和電磁線材料價(jià)格飆升的影響，若采用圓形截面作為鐵芯和繞組橫截面，雖然有助于節(jié)約材料成本，但會(huì)產(chǎn)生較多的鐵芯級(jí)數(shù)和縱向剪切片，容易發(fā)生積壓和增加絕緣油用量的情況;如果從結(jié)構(gòu)調(diào)整的角度出發(fā)，選用多級(jí)外接圓形鐵芯，可以大大降低鐵芯片形并實(shí)現(xiàn)片形共享，還可以根據(jù)實(shí)際需求和市場(chǎng)價(jià)格調(diào)整鐵芯截面和銅鐵消耗比例，但在一定程度上增加了制造加工的難度，因此需要立足實(shí)際選擇合適的鐵芯。

2.2繞組設(shè)計(jì)

與鐵芯一樣，繞組也是變壓器的基本部件，只不過屬于電路部分，一般為絕緣紙包裹的銅線纏繞而成。一般情況下，繞組必須確保線圈繞制扎實(shí)緊密、線間無空隙，軸向上下壓緊力，通過自身強(qiáng)度的保證獲得足夠的抗短路能力，進(jìn)而滿足變壓器三相短路狀況所產(chǎn)生的應(yīng)力。常見的繞組形式有：適用于低于10kV、電流大、匝數(shù)小的低壓線圈的螺旋式繞組，以及繞制簡(jiǎn)單、具有可靠穩(wěn)定性的連續(xù)式繞組，但連續(xù)式繞組容易受到雷電的影響，通常借助糾結(jié)式繞制予以改善。

2.3油箱設(shè)計(jì)

油箱是油浸式變壓器的外殼，上述提及的鐵芯和繞組均置于其中，常見類型包括適用于中小型變壓器的箱式油箱和適用于大型變壓器的鐘罩式變壓器，無論何種類型的變壓器，都應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和較低的漏油風(fēng)險(xiǎn)。概括地說，油箱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵守盡量減少油箱與外界連接的密封面的基本原則，建議優(yōu)先考慮簡(jiǎn)單可靠的桶式油箱，選擇雙面焊接法焊接所有的法蘭面，設(shè)計(jì)法蘭螺絲孔為盲孔，深度低于法蘭3-5mm，而法蘭孔設(shè)計(jì)為U形密封槽，盡量選用圓形截面的密封條等，上述要點(diǎn)尤其適用于采用平底結(jié)構(gòu)結(jié)合U型加強(qiáng)筋的大型變壓器桶式油箱設(shè)計(jì)。

2.4引線裝配

在變壓器結(jié)構(gòu)引線設(shè)計(jì)過程中，通常需要考慮引線電纜的類型、線間距離和磁距離等因素，這是因?yàn)橐€電流會(huì)形成一定的磁場(chǎng)，并在鐵芯、夾件、油箱等金屬構(gòu)件中產(chǎn)生渦流損耗，導(dǎo)致變壓器損耗增加、金屬溫度升高，最終出現(xiàn)熱點(diǎn)問題，再者出于對(duì)放電擊穿的考慮，必須保證引線之間、導(dǎo)體之間保持合適的絕緣距離。因此高壓引線中選用的三相調(diào)壓電纜需要盡可能地通過平行和緊靠減少引線占位，提高不同相線圈的空間利用效率，不過調(diào)壓線出線應(yīng)位于各相線圈之間。中低壓引線出線則應(yīng)處于同一側(cè)，同樣的三相電纜也要平行緊靠，并保證三相電阻平衡，為防止出現(xiàn)三相電阻不平衡問題，可適當(dāng)調(diào)整引線截面積進(jìn)行配平。

3變壓器結(jié)構(gòu)制造工藝的有效優(yōu)化策略

鐵芯是變壓器設(shè)備重要的構(gòu)成配件，是變壓器設(shè)備的磁路，變壓器設(shè)備實(shí)際工作過程中鐵芯的溫度升高限度一定不能高于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的鐵芯溫度，鐵芯制造工藝對(duì)鐵芯質(zhì)量和變壓器設(shè)施質(zhì)量均起著決定性的作用，因此，加強(qiáng)優(yōu)化升級(jí)鐵芯生產(chǎn)制造工藝至關(guān)重要。實(shí)際鐵芯生產(chǎn)制造過程中，對(duì)于鐵芯縱向剪切、橫向剪切、退火、上絕緣層以及裝配的整體生產(chǎn)制造流程，為了進(jìn)一步提高鐵芯生產(chǎn)制造質(zhì)量，橫向剪切的有效性能夠全面強(qiáng)化冷軋硅鋼片的磁性，因此，生產(chǎn)制造工作人員一定要在退火操作完成后再進(jìn)行橫向剪切，只有這樣才能夠更好地保證冷軋硅鋼片的自身磁性，從而進(jìn)一步提高變壓器設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行性能和最終效果。

4結(jié)語

變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過程，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中需要考慮很多的變量因素。要想做好變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，就必須保障變壓器的整體質(zhì)量。變壓器生產(chǎn)制造商提出了在滿足設(shè)計(jì)預(yù)期目標(biāo)的基礎(chǔ)上降低材料成本這一設(shè)想，旨在解決目前變壓器結(jié)構(gòu)成本材料價(jià)格始終居高不下和制造廠家經(jīng)濟(jì)效益低下的尷尬問題。變壓器生產(chǎn)制造商要根據(jù)市場(chǎng)對(duì)變壓器的需求不斷對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提高變壓器的性能，滿足人們對(duì)變壓器的使用要求。

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（作者單位：浙江電力建設(shè)工程咨詢有限公司）