半導體變壓器設計存在的問題及對策

摘 要：隨著科技的發展，半導體行業的產品日新月異，產品類型多樣化。半導體變壓器是一種新型的變壓器，它改變交流電壓的裝置的方式是利用電磁感應的原理來實現的，線圈和鐵芯是其主要構件。它的原副繞組是在一塊半導體襯底的上下兩面，是利用摻雜工藝制作出螺旋狀的軌道，這種軌道具有載流子密度和小電阻代替了金屬線圈，半導體行業也越發的廣泛和深遠。鑒于此，文章對半導體變壓器進行了研究，且具體闡述了半導體變壓器在設計時存在的部分問題及解決方案，以期能夠給同行業者以參考和借鑒。

關鍵詞：半導體變壓器；存在問題；科技；解決對策

半導體變壓器具有變換電壓、變換電流、變換阻抗、隔離和穩壓等功能。這是一種新型的變壓器，不管是在理論方面的基礎，還是在材料創新方面的基礎，還有在電性能這一項和產品體積等方面都有了較大的改變和提高。它的軌道具有載流子密度極高并且電阻非常小的種種優點，它能完全能取代金屬線圈和取代鐵芯，它的出現代表著二維平面變壓器的真正的出現已經成為了現實，它可謂是真正意義上的“半導體”型變壓器。

1 半導體變壓器的工作原理和特點分析

在電器電路設備中，半導體變壓器常用來升降電壓使用、油式變壓器匹配阻抗，半導體變壓器中的初級線圈中的交流電流流通時，磁芯中便會產生大量交流磁通，這就會使次級線圈中感應出這種電流。半導體變壓器是由磁芯和線圈兩方面組成的，在它的線圈中有兩個或多個繞組，這其中用來接電源的繞組就叫做初級線圈，剩余的繞組便叫做次級線圈。中國變壓器行業的狀況也是不容樂觀的，中國變壓器行業競爭非常激烈，外國資本公司跨國公司占領的大部分飛市場份額，雖然國內變壓器的制造企業個數也在飛速增加。另外中低端變壓器市場也競爭相當的激烈，光具備110-200KV變壓器制造生產能力的企業有一百多家。而能夠生產出500KV等級以上變壓器的企業通過技術和產能的原因，形成了很高的加入堡壘，市場格局總體是比較穩定的。半導體變壓器具有兩種特點，分別是全絕緣和半絕緣性，全絕緣性中性點的絕緣水平與三相端部出線電壓等級的絕緣水平相同，此種絕緣結構主要用于絕緣要求較高的小接地電流接地系統，目前我國40kv及以下電壓等級電網均屬小電流接地系統，所用的變壓器都有是全絕緣結構。半絕緣性中性點的絕緣水平低于三相端部出線電壓等級的絕緣水平。半絕緣的變壓器主要用于是110kv及上電壓等級電網的大電流接地系統。采用分級絕緣的變壓器可以使內絕緣尺寸減小，從而使整個變壓器的尺寸縮小，這樣可降低造價。

2 半導體變壓器設計存在的問題及對策分析

2.1 漏油和聲音異常問題的分析

有油跡者為滲油，有油珠下滴者為漏油。有油滲出為滲點，有油滴落為一般漏點，油每五分鐘一滴為嚴重漏點。當滲漏使變壓器油位低于氣體繼電器時，輕瓦斯保護動作告警；變壓器滲漏油的原因有兩個方面：一是油箱與管道的連接部位，二是油箱箱體本身焊縫的滲漏。閥門系統、蝶閥膠墊材質不佳或者安裝不好亦或是放油閥的精度不夠高以及螺紋處會造成滲漏現象。高壓套管的基座CT出線樁頭或膠墊處沒有密封嚴或沒有彈性，也會造成接線樁頭的膠墊處滲漏。小絕緣子的破裂也會造成滲漏現象。所以，一般膠墊應保持壓縮至三分之二的時候還有一定的彈性，隨著時間運行、溫度和機器震動等多重原因，膠墊很容易老化或龜裂以致失去彈性。另外，高壓套管及油箱外表和油箱底盤大法蘭等的焊接處，如果有的發藍材質較薄或加工粗糙等現象也會造成滲漏油。半導體變壓器正常運行時，應發出均勻的“嗡嗡”聲，若是聲音異常，則應立即將變壓器停用檢查。

2.2 半導體變壓器油溫、油位和外表異常的分析及對策

油溫表指示的是變壓器頂層油溫，運行中的油溫監視點為85℃；，溫升是指變壓器頂層油溫減去環境溫度，運行中變壓器在外溫40℃時，其溫升不得超過55℃，運行中以頂層油溫為準，溫升是參考數據。我國變壓器的溫升標準，均以環境溫度40℃為準。如若故障非常嚴重，還有可能引起防爆管或壓力釋放閥噴油，這個時候變壓器應立馬停止使用進行檢查。冷卻器溫度異常或風扇損壞，造成散熱管道積垢，冷卻效率不良，散熱器閥門沒有打開等原因引起溫度異常。溫度指示器有誤差或指示失靈，應更換溫度表。變壓器的油位發生異常，假油位現象，油溫決定油面，如若變壓器油溫變化正常，而油位的變化卻不一樣，則說明這種現象是假油位。假油位的現象在處理時應將重瓦斯改接信號，油位過低，變壓器油位過低可能造成瓦斯保護誤動，嚴重缺油時，變壓器內部線圈暴露，可能造成絕緣損壞擊穿事故。另外，處于備用的變壓器嚴重缺油使線圈暴露則輕易吸潮，并使線圈絕緣下降。變壓器嚴重長期有滲漏油現象，工作人員應及時進行補油，以滿足氣溫過低引起的油枕儲油量不夠用或油枕容積小不能滿足運行的要求。變壓器油位會因油的溫度上升而升高，這種情況若最高油溫時的油位高出油位指示，則應立馬放油至適當的高度，以免溢出。防爆管或防爆膜破裂，會引起水或者水的潮氣進人到變壓器空間內，就會導致絕緣油乳化以及變壓器的絕緣強度降低。如果材質未經壓力試驗試驗過關，則就會受到因自身內應力的不均勻而導致裂面的現象。普通防爆油管密封性不足，使用時間較久便會出現泄露現象。保險釋放閥進行溢油、噴油動作通常是在變壓器油達到時限標準并繼續上升的情況下，避免因油壓超標而損壞油箱。若因氣溫過高導致油壓上升，或因變壓器內注入油量過高等非系統內部構件故障產生的溢油現象，保險釋放閥會自動辨識、并自動歸位。

保險釋放裝置配備有自動報警信號，當油壓持續上升并超標時便會自動發出信號，以提醒并引導工作人員及時找到故障所在，并迅速動手維修。套管老化的原因多數是因運行過程中溫度過高，散熱不及時而導致的，老化的套管應及時發現并迅速更換，否則繼續使用容易導致絕緣層嚴重破損而出現短路、甚至爆炸現象。而運行溫度過高往往是因套管閃絡放電造成的，究其原因，在于平時對套管的檢修和維護不足，因表面沉積過多油污或灰塵雜質而過臟，若檢修員未及時發現處理，便會導致表面絕緣強度下降，從而因套管表面粗燥不平而導致閃絡放電現象頻繁發生。部分生產廠商忽視產品質量，在產品下線時未針對焊接工藝是否達標、末屏是否接地等關鍵性質量環節做精細質檢，將質量不合格的高壓套管提供給企業使用，結果便導致絕緣過早破損或瓷瓶芯軸與接地螺套接觸不良，為電位過高引發故障而埋下了隱患。同時，日常運行過程中，因使用膠墊質量不合格或使用期限較長而龜裂，因安裝過程中未將螺絲充分擰固，致使密封性較差，久而久之出現受潮，等等因素，都是引發套管老化及故障的客觀因素。

參考文獻

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