大型變壓器線圈恒壓裝置液壓系統的設計

鄺光照

（中山凱旋真空科技股份有限公司，廣東 中山 528478）

0 引 言

在大型變壓器線圈壓緊作業操作中，經常要用到恒壓裝置液壓系統。在恒定壓緊力與干燥真空環境的作用下，能夠將變壓器的線圈進行壓緊處理，且恒壓裝置液壓系統是干式變壓器線圈生產制造的專業設備[1]。在具體的工作過程中，壓緊線圈的同時還需要對其進行充分干燥與脫水。傳統的壓力機作業時不能有效對線圈進行脫水處理，需要在高溫真空罐內對線圈進行壓緊作業。這就需要設計一套能夠在高溫真空罐內進行工作的壓緊裝置來滿足具體工作的要求。

1 恒壓裝置的技術原理

恒壓裝置主要由1套液壓泵站、壓緊油缸構成。油缸是4個形成一組，其中液壓泵系統主要安裝在高溫真空罐的外側，在高溫真空罐的內側安裝高壓油缸，液壓泵系統與高壓油缸之間設計有液壓管連通。變壓器的線圈需要固定在繞線機的模架上，通過4根拉桿將上下壓盤固定在一起，每一根拉桿都與一個油缸相連。在具體的工作過程中，每一根拉桿都會帶動一個油缸進行工作。在泵體運動過程中，將高壓壓進油缸，使得缸體與活塞之間進行相對運動，然后通過拉桿的作用，對模架上的繞線線圈實施壓緊作用。整個壓緊的線圈由底座支撐放置在設備的真空罐中，可以有效地控制油缸移動的距離精度，通過油缸的移動實現對整個線圈的壓緊工作。它的主要結構如圖1所示。

進行壓緊工藝時，在加熱過程中根據線圈器身溫度不同，多次進行壓力交變方式，將變壓器的線圈進行壓緊處理，為產品絕緣內的水分創造最合適的條件，使干燥工藝中的水分蒸發過程處于合理狀態。首先需要將真空罐內的溫度升到130 ℃以上，且需要將4個油缸放置在真空罐內連續工作50 h以上，同時需要保持油缸內的壓力恒定。在實際工作中，每個油缸的實際行程在30～50 mm。對線圈進行壓緊的過程中，需要保持4個油缸保持同步運動，才能保證油缸的上下壓盤保持平行。為了有效補償壓緊過程中出現的不平衡現象，泵站需設有恒定壓力的功能[2]，保持線圈在干燥過程中的恒壓加載，使得整個工作過程能夠滿足具體要求。

圖1 恒壓裝置的結構組成圖

根據恒壓加載的具體工作，它的技術指標如下：

（1）4個油缸的工作壓緊力分別為400 kN，且要求每一個油缸的壓緊力穩定；

（2）恒壓加載的最高壓力在35 MPa；

（3）工作時，單個油缸作用力保持在400 kN；

（4）壓緊油缸為雙作用油缸，耐高溫為150 ℃，油缸的工作行程在80 mm范圍內；

（5）系統的真空罐內的溫度達到130 ℃，真空度在10 Pa，壓緊過程中要求保持壓緊工作時間在50 h以上；

（6）壓緊過程中，油缸的同步精度不低于±1.5%的范圍。

2 液壓系統方案的設計

2.1 同步馬達方案設計

為了有效控制油缸的運動，需要對同步馬達的工作方案進行設計，要求工作時所有的馬達能夠同時工作，然后協同對變壓器線圈進行壓緊工作，具體設計如圖2所示。

圖2 同步馬達的設計方案

將4個功率相同的液壓馬達的轉軸剛性地鏈接在一起，保證各個回路中的流量相等、壓力相同，進而實現各回路的流量均等。為了提供馬達的同步精度，需要對整個系統的偏載荷與流量進行控制。如果在工作過程中，回路流量與馬達的額定流量接近，那么它們之間的同步精度較高。如果工作時流量過低，馬達工作會存在一定的泄露，系統工作的同步精度就會降低[3]。而在具體的恒壓加載過程中，油缸在真空罐內工作50 h以上的行程在50 mm范圍內。油缸以較低的速度來運行，使得同步馬達的精度大打折扣達不到要求，影響恒壓裝置的工作精度。

2.2 比例調速閥的設計方案

為有效減少同步馬達設計方案帶來的不利影響，提高馬達的工作精度，可采用比例調速閥的設計方案來提升恒壓裝置的工作精度。比例調節閥的具體設計如圖3所示。

就單個比例調速閥的工作過程來說，系統的流量不受負載不均等因素影響，調速閥的穩定性較好，使1組4個比例的調速閥得到了比例性的控制，能夠使流量達到一致。但是，這種工作方式的調試比較麻煩，即使調整滿足壓力要求后，若油溫發生變化，還會影響恒壓裝置的同步精度。具體工作中，要想使得比例調速閥正常工作，需要結合具體工作的需要，采用閉環控制方式，在每個移動的油缸上安裝位移傳感器，分別控制調速閥。由于恒壓裝置是在130 ℃的高溫下進行工作，若采用普通的位移傳感器，其中的電子元器件不能承受高溫，將直接影響恒壓裝置的正常工作。如果采用耐高溫的LV DT差動變壓器式位移傳感器，需要在一個工作完成后將其拆卸。這種工作方式容易損壞傳感器，具體的工作可靠性不強。

圖3 比例調速閥的設計方案

2.3 分流—集流閥的設計方案

為有效避免同步馬達方案設計與比例調速閥的設計方案帶來的問題不足情況，通常采用分流—集流閥的設計方案提高恒壓裝置的同步精度，不僅可以保證系統的流量，還能夠提高系統的同步精度。分流—集流閥的工作原理是采用負載壓力反饋的方式來促進油缸的移動。工作時，恒壓裝置將進油路的流量進行平均分配，形成兩條等量的出油支路來控制流量。可以采用特殊定做的自調式分流—集流閥對系統的流量進行分類，并在具體的工作中有效實現4個壓緊油缸的同步工作和系統的具體要求來調節系統的工作方案，以提高工作效率。設計方案中，將每個集流閥的額定流量設計為0.5 L/min，將系統的同步精度控制在±1%。在具體的試驗過程中，恒壓裝置系統通過測量發現系統的上下壓盤平行度的誤差在±1.5%。可見，恒壓裝置的同步精度與油缸的壓緊力能夠滿足系統工作的要求。

3 壓緊油缸的結構設計

壓緊油缸是恒壓裝置的核心，其工作精度直接影響恒壓裝置的正常工作。通過對恒壓裝置壓緊油缸的控制，可以有效保證每一個油缸在工作過程的壓力穩定。壓緊油缸的結構設計如圖4所示[4]。

該油缸采用的是單桿活塞油缸設計，活塞縮回時靠彈簧力作用壓回，進而提高鋼體內的真空度。油缸中心采用的是50 mm的通孔，并采用長螺栓拉桿貫穿其中，將油缸吊裝在具體的工作線圈中，通過活塞的移動壓緊線圈。采用這種設計方法主要是通過活塞中心設置導線套，在活塞移動時在油缸的中心形成一個空腔，有效解決長螺栓拉桿在穿過油缸時形成空腔的密封問題。另外，油缸在工作時處于在高溫環境中，采用的密封線圈是選用耐高溫氟橡膠構成，在持續高溫工作的情況下容易變形。因此，相對配合運行件的公差要比常溫工作下的值大，在0.05～0.08 mm。

圖4 壓緊油缸的結構設計示意圖

4 結 論

對恒壓裝置系統的控制設計需要結合具體的情況進行分析，特別是在大型變壓器的線圈壓緊過程中，要充分考慮真空罐的真空度和溫度，控制油缸內的同步精度，使得恒壓裝置在工作過程中能夠保持在一個穩定的工作狀態。在具體的設計過程中，不僅要考慮設計成本，還需要考慮系統的工作穩定性能。