干式變壓器的設(shè)計(jì)及制造

張海燕

（廣州 510000）

干式變壓器的設(shè)計(jì)及制造

張海燕

（廣州 510000）

隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)上我國(guó)在對(duì)干式變壓器的應(yīng)用廣泛，在市場(chǎng)的需求空間也不斷變大；隨著科技的快速發(fā)展，廠家們的生產(chǎn)能力及制造逐漸提升，競(jìng)爭(zhēng)也日益激烈。目前國(guó)內(nèi)不少的廠家的制造依舊還是停在手工設(shè)計(jì)計(jì)算的層次上，因此也產(chǎn)生了一系列的弊端，比如，制造效率低、成本高、時(shí)間長(zhǎng)，不能設(shè)計(jì)出最佳方案。該文在手工設(shè)計(jì)的層次上，結(jié)合其優(yōu)點(diǎn)，另外進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

干式變壓器；優(yōu)化設(shè)計(jì)；制造

1 前言

隨著我國(guó)工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多場(chǎng)合都需要安裝干式變壓器。常見(jiàn)的場(chǎng)合有化工廠、發(fā)電廠、礦材開(kāi)采區(qū)、一些建筑地、機(jī)場(chǎng)、高鐵及地鐵等場(chǎng)所。而且干式變壓器的種類不同，有澆注式和繞包式兩大類型，分為浸漬式干變、環(huán)氧樹(shù)脂無(wú)溶劑膠與無(wú)堿玻璃絲增強(qiáng)繞制的繞包絕緣干變，樹(shù)脂澆注的澆注絕緣干變。浸漬式干式變壓器它的制造過(guò)程比較簡(jiǎn)單通常用導(dǎo)線繞制完成的浸漬，可以高溫的絕緣漆，然后進(jìn)行加熱處理，其優(yōu)、缺點(diǎn)都很容易知道；而在真空澆中采用金屬模具對(duì)線圈進(jìn)行澆注的是澆注絕緣干式變壓器。它的制造過(guò)程十分復(fù)雜，資金設(shè)備的投入大，但它的性能好，外觀美，承載力也強(qiáng)，而且防潮，不容易燃，采用無(wú)堿玻璃絲浸以無(wú)溶劑膠經(jīng)特殊的繞線裝置而成的絕緣千式變壓器，有熱穩(wěn)定性好防潮，自熄，不易燃沒(méi)有開(kāi)裂的可能性等優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)過(guò)程中不需要過(guò)多的設(shè)備投入，減少了設(shè)備投資比如不用模具和真空設(shè)備。因此在我國(guó)現(xiàn)階段，進(jìn)行干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究是很值得的。

2 干式變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究概況

由于干式變壓器和油浸式變壓器有相同的主結(jié)構(gòu)，它們?cè)诠ぷ髟矸矫嬉泊笸‘悾徒阶儔浩鲀?yōu)化設(shè)計(jì)的同樣也能用干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)。這樣，既提出了干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，也提高優(yōu)化速度，減少了搜索。

3 干式變壓器的設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

在設(shè)計(jì)條件和性能指標(biāo)的限定下，依照產(chǎn)品的給定規(guī)格，計(jì)算出各類數(shù)據(jù)比如，工作數(shù)據(jù)，尺寸、大小，重量，用量、熱和電等，這些就是電力變壓器的設(shè)計(jì)。而所謂的優(yōu)化設(shè)計(jì)則是在低制造成本，少用原料，簡(jiǎn)單的制造過(guò)程，創(chuàng)造出客戶滿意的產(chǎn)品，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，獲得收益。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

變壓器是由幾個(gè)線圈和一個(gè)公用的鐵心相交鏈而成，是一種感應(yīng)電氣的設(shè)備。它的主要結(jié)構(gòu)是鐵心和線圈之間的空間位置構(gòu)成的。暴露在空氣中的是變壓器的器身，也就是絕緣和引線。一些干式變壓器在整體上面存在不同的要求比如要進(jìn)行調(diào)壓、冷卻、保護(hù)、測(cè)溫、出線，而且器身用金屬殼體密封起來(lái)。如圖1中的干式變壓器的結(jié)構(gòu)是這樣的，三柱式三項(xiàng)的鐵心設(shè)計(jì)，硅的鋼片相互間采用全斜的接縫，芯柱，還有鐵軛之間的凈截面積幾乎是一樣的。線圈也是各不同的，有不同的形式，各具特色有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，比如有旋轉(zhuǎn)式的線圈，層次式線圈，連續(xù)式的線圈以及箔式的。線圈式一般在一些方面用的連續(xù)式具有散熱性能好，承受力大，強(qiáng)度好的結(jié)構(gòu)的是高壓線圈，因?yàn)槟軌蛴行У谋苊庠S多缺點(diǎn)，比如容易因?yàn)闇囟雀叨粨舸?，在電壓比較高的情況下。線卷式機(jī)械強(qiáng)度好適應(yīng)范圍廣，缺點(diǎn)是沖擊電壓分布差，圓筒式跟螺旋式則卷制簡(jiǎn)單，導(dǎo)電流密度大，但換位復(fù)雜。在高壓線圈的設(shè)計(jì)上，為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，便于引線的設(shè)計(jì)，使得絕緣的距離變大，繞制也變得更加方便，都將高壓線圈設(shè)置在外側(cè)。變壓器的結(jié)構(gòu)由排列體和基本體的組合決定的。從結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)上干式變壓器分為兩類：第一類是基本體，也就是變壓器的構(gòu)成器件；第二類排列體，比如導(dǎo)線的根數(shù)，鐵心的級(jí)數(shù)等等。

圖1 干式變壓器結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 手工設(shè)計(jì)計(jì)算

估算設(shè)定初值→計(jì)算校核→調(diào)整設(shè)定→再計(jì)算。

設(shè)計(jì)的過(guò)程中，判斷方案是否可行，是在同樣的條件下用同樣的公式下進(jìn)行的，因此計(jì)算的次序也是固定的，這樣浪費(fèi)了大量的時(shí)間和精力，不利于更好方案的使用；所以在計(jì)算時(shí)可以多調(diào)整變量，以便更快找到最好的方案，從而達(dá)到最好效益。

3.4 設(shè)計(jì)的基本方法

通常情況下設(shè)計(jì)的基本方法有直接法，間接法和類比法。

效果好，目的明確的就是直接法，直接根據(jù)客戶的需求和要求來(lái)確定工作數(shù)據(jù)，尺寸、大小，重量，用量、熱和電等等，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

間接法則是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，它是根據(jù)原有的公式計(jì)算出所需的數(shù)據(jù)，尺寸等，最后通過(guò)參數(shù)來(lái)進(jìn)行最優(yōu)方案的設(shè)計(jì)。

類比法是根據(jù)已經(jīng)出售的產(chǎn)品規(guī)格為參照，相近的干式變壓器進(jìn)行對(duì)比，然后進(jìn)行設(shè)計(jì)的，從而實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)。類比法的步驟有：

現(xiàn)在，蘇湛老師自曝家丑，堅(jiān)持給抄襲學(xué)生判定零分，讓人看到學(xué)術(shù)生態(tài)的一絲亮光。筆者期待，蘇湛老師此舉能產(chǎn)生示范效應(yīng)，更多高校與師生行動(dòng)起來(lái)，讓“抄襲者皆黜落”成為高校常態(tài)，完善學(xué)術(shù)道德監(jiān)督約束機(jī)制，守住學(xué)術(shù)道德底線，留住大學(xué)精神。

（1）確定產(chǎn)品的型號(hào)和尺寸；

（2）確定干式變壓器的設(shè)計(jì)方案；

（3）根據(jù)所設(shè)的方案進(jìn)行設(shè)計(jì)與調(diào)整；

（4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)；

（5）然后手工計(jì)算；

（6）繪制出外形圖和總裝圖。

并實(shí)現(xiàn)了各種線圈形式的干式變壓器產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及溫升計(jì)算部分。該部分是整個(gè)計(jì)算的核心部分。

3.5 故障案例分析

在干式變壓器的設(shè)計(jì)中也存在很多故障案例分析。案例：如某公司在使用一臺(tái)型號(hào)為SCB9-2000/10的干式變壓器時(shí)，就出現(xiàn)了故障，A，B組繞線的溫度過(guò)高，需要售后工作人員進(jìn)行處理，在處理過(guò)程中進(jìn)行了直流電阻的檢測(cè)。但并沒(méi)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，那么到底是什么原因?qū)е翧，B組繞線溫度過(guò)高，引起變壓器發(fā)生故障。由于在故障檢查中有工作人員發(fā)現(xiàn)鐵芯溫度有點(diǎn)高，甚至燙手。因此依據(jù)這條線索發(fā)現(xiàn)原因在于鐵芯多點(diǎn)接地導(dǎo)致的。為了解決這一問(wèn)題，應(yīng)該先解決外部存在的問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)可以采用吸塵器等工具對(duì)變壓器進(jìn)行清。由于沒(méi)有確定故障位置的所在，只能在上夾件拆除進(jìn)行檢查，如果沒(méi)問(wèn)題，故障則可能出現(xiàn)在下夾件和鐵芯拉板，但現(xiàn)場(chǎng)如果進(jìn)行拆除，則不太可能。但我們可以采取以下方法進(jìn)行處理：①交流電弧法。②放電沖擊法。③大電流沖擊法。現(xiàn)場(chǎng)我們采用了大電流沖擊法，因?yàn)樗僮鞣奖?，設(shè)備的配備容易，現(xiàn)場(chǎng)采用了一臺(tái)容量較小的電焊機(jī)，容量為8KVA，次級(jí)輸出60～160A將鐵芯與接地點(diǎn)后斷開(kāi)，給鐵芯加電流，瞬間在下夾件與鐵芯間發(fā)生冒煙，斷電后觀察故障點(diǎn)的部位，然后再進(jìn)行解決。

3.6 發(fā)展前景

（1）節(jié)能環(huán)保。隨著科技的發(fā)展，我國(guó)在工業(yè)生產(chǎn)能源資源的使用上越來(lái)越追求低能環(huán)保了，因此變壓器在環(huán)保制造上的研發(fā)有很大的發(fā)展空間。例如：新材料的使用，引用新的技術(shù)，對(duì)環(huán)保理論的加強(qiáng)，合理的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化的設(shè)計(jì)方法。這些既有利于成本的降低，而且減少了能源的使用也，更加的環(huán)保。

（2）安全性能高。安全可靠的運(yùn)行對(duì)于變壓器使用時(shí)尤為重要的一點(diǎn)，如果不安全后果將無(wú)法想象。這些變壓器一般有運(yùn)用與重要的領(lǐng)域，比如工業(yè)生產(chǎn)，項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，工程的實(shí)施上，都離不開(kāi)變壓器的使用。因此，對(duì)變壓器的安全可靠性的至關(guān)重要，絕不能容得半點(diǎn)馬虎，也那些廉價(jià)低劣產(chǎn)品在市場(chǎng)中銷售。我國(guó)在大部分項(xiàng)目工程上，一般都采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器變壓器，它的安全性能極高，這是眾所周知的，大體上沒(méi)有的事故發(fā)生的可能性。目前我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器的安全性能上，還有提高和發(fā)展的空間，可以在這方面進(jìn)行研究。

（3）多方面，多種類。在世界變壓器領(lǐng)域占重要比重的目前是環(huán)氧樹(shù)脂真空澆注環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器變壓器。一般的企業(yè)對(duì)新的產(chǎn)品，新的材料，多的種類，作出了研發(fā)跟設(shè)計(jì)。希望能獲得更多的經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)靈感。所以我們應(yīng)該在多方面，多種類上作出研究和探討，有利于給變壓器的未來(lái)和發(fā)展創(chuàng)造新的發(fā)展，提供新的機(jī)遇。

（4）向多功能或者自動(dòng)化發(fā)展。傳統(tǒng)的變壓器的功能比較單一，不具有多功能和自動(dòng)化的功能，應(yīng)該從單一的功能向多功能和自動(dòng)化的方向發(fā)展。比如多功能的組合式能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，控制和顯示狀態(tài)，即能夠保護(hù)外殼，有計(jì)算機(jī)的接口，強(qiáng)迫風(fēng)冷功率計(jì)量、封閉母線、低壓側(cè)向出線、到引入TTU自動(dòng)化終端。在技術(shù)和科學(xué)進(jìn)一步變化中，實(shí)現(xiàn)變壓器的多功能和自動(dòng)化的發(fā)展，成為一種能有極好工作狀態(tài)的電能設(shè)備。

（5）各領(lǐng)域發(fā)展。改變傳統(tǒng)的單一發(fā)展模式，向各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行發(fā)展。比如工廠使用，交通使用領(lǐng)域，發(fā)電廠使用，核電站、礦石開(kāi)采等多領(lǐng)域設(shè)計(jì)和發(fā)展。

（6）大的容量。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展人們生活中的用電越來(lái)越多，工廠，城市商業(yè)區(qū)，居民用電，重大工程，使得用電負(fù)荷越來(lái)越重，而我國(guó)的環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器的生產(chǎn)為主。由于現(xiàn)實(shí)生活的需求。還可以，加大各種各樣大容量的環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著科技的發(fā)展技術(shù)的不斷提高我們國(guó)家的環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器占了很大的比重，我國(guó)所研發(fā)生產(chǎn)的新的一系列環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器產(chǎn)品在世界上已經(jīng)達(dá)到了較高的水平?，F(xiàn)在應(yīng)該不斷的進(jìn)行推廣，加大創(chuàng)新力度，促進(jìn)環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器結(jié)構(gòu)更合理，安全性能更高，產(chǎn)品的質(zhì)量更好，在以后的生產(chǎn)創(chuàng)造和設(shè)計(jì)中得到更深的發(fā)展。

[1]鄧東周．10kV干式變壓器的設(shè)計(jì)制造的探討[J]．湖南農(nóng)機(jī)，2012（5）：240.

[2]卜晨晨.干式變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)及其CAD系統(tǒng)的研究[D].山東大學(xué)，2007（4）：5.

[3]封棟梁.干式變壓器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D].東南大學(xué)，2005（3）：7.

TM412

A

1004-7344（2016）16-0242-02

2016-5-5

張海燕（1987-），女，助理工程師，本科，主要從事干式變壓器設(shè)計(jì)工作。