干式變壓器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

趙文麗

（海南金盤科技股份有限公司）

0 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)電氣設(shè)備。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，干式變壓器尤其是樹脂澆注式干式變壓器取得了迅猛的發(fā)展。對(duì)于配電變壓器，因?yàn)樗哂锌苟搪纺芰?qiáng)、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)，干式變壓器所占的比例越來越大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在歐美等發(fā)達(dá)國家，它已占配變的40%～50%。在我國，每年的干式變壓器產(chǎn)量均以20%左右的速度遞增。我國已成為世界上干式變壓器產(chǎn)量最大的國家之一。

樹脂澆注式干式變壓器的主要結(jié)構(gòu)為線圈和鐵心，主要工序包括繞包及澆注、鐵心疊碼、變壓器裝配，每個(gè)工序都涉及到數(shù)十種材料，整個(gè)變壓器涉及近百種。不同參數(shù)的變壓器，設(shè)計(jì)時(shí)所選擇的材料也存在差異。因?yàn)樽儔浩鲗儆诟邇r(jià)值的客戶定制產(chǎn)品，但交貨期非常短，往往少于所需材料的正常到貨時(shí)間，這就需要做好變壓器各種材料的備貨。為了減少備貨種類和數(shù)量，減少企業(yè)資金占用壓力，縮短產(chǎn)品交貨期，干式變壓器設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化尤為重要。

1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的方式

標(biāo)準(zhǔn)化是一門新興的綜合性學(xué)科，它的理論基礎(chǔ)需同時(shí)結(jié)合工程技術(shù)和管理學(xué)。作為特種干式變壓器的生產(chǎn)企業(yè)，標(biāo)準(zhǔn)化是提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少生產(chǎn)周期、節(jié)約綜合成本的有效手段。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化有基本的標(biāo)準(zhǔn)化方法，主要有統(tǒng)一化、系列化、通用化、參數(shù)化和模塊化。這些方法可以單獨(dú)應(yīng)用在干式變壓器設(shè)計(jì)上，也可以多種方法結(jié)合使用。

（1）統(tǒng)一化

統(tǒng)一化是將能滿足相同性能的多種設(shè)計(jì)方式歸并為一種或者在限定范圍內(nèi)使用特定設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化形式。它可以有效地消除由于不必要的多樣性而造成的混亂和低效。統(tǒng)一化的最重要表現(xiàn)形式就是形成各種變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范。只要設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范覆蓋的范圍足夠廣，干式變壓器設(shè)計(jì)就能夠形成“流水線”式設(shè)計(jì)，大大提高設(shè)計(jì)效率。它是其他標(biāo)準(zhǔn)化方法的基礎(chǔ)，所有的標(biāo)準(zhǔn)化方法都可以通過統(tǒng)一化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)。

（2）系列化

系列化是將同一類設(shè)計(jì)，通過研究規(guī)律，結(jié)合自身的生產(chǎn)條件和經(jīng)濟(jì)比較，讓主要參數(shù)、規(guī)格、尺寸等形成一組有代表性的量值。系列化設(shè)計(jì)首先編制系列型譜，這個(gè)型譜同時(shí)包括基型產(chǎn)品和變型產(chǎn)品，其中基型產(chǎn)品是最具代表性、生產(chǎn)較普遍、結(jié)構(gòu)較先進(jìn)、可靠性高。確定好系列型譜后，就需要把基型產(chǎn)品進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)。系列化設(shè)計(jì)要進(jìn)行橫向擴(kuò)展和縱向擴(kuò)展，既要采用通用化等方法，讓不同的產(chǎn)品采用相同或相似的材料，又要采用參數(shù)化等方法縮小變型產(chǎn)品與基型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)差異。

（3）通用化

通用化是指材料不加任何改變就能任意使用在多種產(chǎn)品上。通用化有利于最大限度地減少重復(fù)勞動(dòng)，促進(jìn)對(duì)已有成熟技術(shù)的廣泛重復(fù)利用，有效地減少零部件的品種。干式變壓器設(shè)計(jì)的通用化就是提前選擇一批常用的零部件供設(shè)計(jì)時(shí)選用，它是干式變壓器長期設(shè)計(jì)的一種總結(jié)。通用化率直接體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的效率。設(shè)計(jì)的通用化率高，則設(shè)計(jì)的產(chǎn)品成熟度高，具有豐富的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)零部件進(jìn)行適度的備貨，縮短生產(chǎn)周期。

（4）參數(shù)化

參數(shù)化是指對(duì)相同形狀的部件部分參數(shù)賦予未知數(shù)值，當(dāng)引用該類部件時(shí)，再給予該未知數(shù)值具體值。它的優(yōu)點(diǎn)在于一方面現(xiàn)在的CAD出圖越來越多地采用了三維出圖，參數(shù)化能夠有效地與三維出圖結(jié)合起來；另一方面對(duì)于常用形狀的部件，能夠很容易讓設(shè)計(jì)者找到對(duì)應(yīng)圖紙，讓生產(chǎn)者找到加工工序，提高了設(shè)計(jì)效率和生產(chǎn)效率。

圖 干式變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化體系

（5）模塊化

模塊化設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：一方面是將所設(shè)計(jì)的部件采用螺栓安裝或嵌入安裝等形式拆分成各種各樣的具有通用性及系列化的組合件，當(dāng)需要某種設(shè)計(jì)時(shí)，則從這些組合件中挑出合適的，類似于“搭積木”的形式；另一方面是在所涉及的部件中按一定的參數(shù)間距設(shè)置相同的功能，不同的設(shè)計(jì)均可以使用這個(gè)部件，區(qū)別僅在于使用了不同的參數(shù)設(shè)置。模塊化設(shè)計(jì)是一種重要的柔性設(shè)計(jì)方式，實(shí)現(xiàn)以“不變應(yīng)萬變”和“以少變求多變”的產(chǎn)品開發(fā)策略。

2 干變?cè)O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的幾個(gè)實(shí)例

（1）干式變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)干式設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，一套完整的干式變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系可以帶來一目了然的效果，能更好地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一化。為此，結(jié)合某企業(yè)實(shí)際編寫如下圖所示的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系供參考。不同的企業(yè)可以根據(jù)自身的企業(yè)特點(diǎn)制定不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系。

以上體系分為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理標(biāo)準(zhǔn)：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)著重于設(shè)計(jì)時(shí)所針對(duì)的設(shè)計(jì)對(duì)象，為客觀存在的設(shè)計(jì)方案；管理標(biāo)準(zhǔn)著重于設(shè)計(jì)員在設(shè)計(jì)時(shí)的操作，為主觀上的設(shè)計(jì)動(dòng)作。兩者做好配合才能讓標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)落到實(shí)處。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要全面，既包括國家的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、國家及行業(yè)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，也要涵蓋產(chǎn)品所涉及到的所有常見零部件，盡量全面和具體。同時(shí)，還要考慮技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，如上例加入仿真設(shè)計(jì)這種超前設(shè)計(jì)手段。管理標(biāo)準(zhǔn)要遵循PDCA原則，要能提供設(shè)計(jì)存在分歧時(shí)的解決方法，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化。

（2）銅箔規(guī)格的系列化

銅箔是低壓箔繞線圈繞制的主要導(dǎo)電材料，它也是變壓器成本組成的重要部分。因?yàn)殂~箔交貨期長，資金占用大，所以有必要對(duì)銅箔規(guī)格進(jìn)行系列化定型進(jìn)行備料。

銅箔規(guī)格包括厚度和寬度2個(gè)部分。

首先要定義銅箔寬度的系列化。因?yàn)樽儔浩髋潆娮儔浩魅萘繛?15～2500kVA的使用箔繞，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于這個(gè)容量段的箔的寬度一般在450～1000mm之間。另外，由于小容量段的箔的寬度差異小，大容量段的箔的寬度差異大，所以考慮在小寬度上間隔較小的數(shù)值設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)寬度，在大寬度上間隔較大的數(shù)值設(shè)置寬度，同時(shí)考慮數(shù)值采用50mm的整數(shù)倍，可以取以下一組銅箔標(biāo)準(zhǔn)寬度值：450、500、600、700、850、1000。

然后定義銅箔厚度的系列化。銅箔一般為0.3～1.5mm，銅箔單層厚度過厚不利于線圈的繞制。考慮銅箔的厚度偏差和可加工性，厚度值一般按0.1mm的整數(shù)倍。由于銅箔越薄，每增厚0.1mm會(huì)導(dǎo)致成本較大幅度的增加，且由于銅箔越厚，渦流損耗越大，導(dǎo)電性能會(huì)有一定的下降。因此，較薄的應(yīng)間隔較小的數(shù)值，較厚的應(yīng)間隔較大的數(shù)值，厚度可取以下一組銅箔的標(biāo)準(zhǔn)厚度值：0.4、0.7、1.1、1.6。

最后考慮結(jié)合組合后的截面積，要保證在使用范圍內(nèi)截面積符合各容量的要求，電流在450～3700A，考慮電密一般為2～2.5A/ mm2，因此，截面積的選擇范圍是180～1850 mm2。再對(duì)截面積進(jìn)行系列化，中間部位選取較多的箔規(guī)格值，兩端部位選擇較小的箔規(guī)格值，每一種寬度的箔厚度不超過2種。同時(shí)，銅箔還可以采用2卷相同厚度并繞。經(jīng)過合理篩選，標(biāo)準(zhǔn)銅箔推薦規(guī)格，共10種，能實(shí)現(xiàn)20種截面設(shè)計(jì)。（3）變壓器側(cè)出線的設(shè)計(jì)

變壓器經(jīng)常與開關(guān)柜并列安裝，存在不同容量的變壓器與相同的低壓開關(guān)柜在側(cè)面搭接銅排，也可能相同的變壓器與不同廠家的低壓開關(guān)柜在側(cè)面搭接。而往往低壓柜的柜型確定晚，發(fā)貨期非常急，因此，要提高變壓器側(cè)出線的設(shè)計(jì)效率，必須進(jìn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化。

1）支架設(shè)計(jì)。變壓器支架由具有模數(shù)化安裝孔的橫梁、具有通用化功能的彎板采用組合的方式構(gòu)成。

2）變壓器和低壓柜的參數(shù)化。變壓器對(duì)側(cè)出線設(shè)計(jì)有影響的參數(shù)有X（X1、X2、X3……），如低壓端子高度、變壓器外殼尺寸、相間距等；低壓柜對(duì)側(cè)出線設(shè)計(jì)有影響的參數(shù)有Y（Y1、Y2、Y3……），如低壓柜出線排間距、出線排規(guī)格、出線排高度等；側(cè)出線的搭接型式有Z（Z1、Z2、Z3……），如柜前平齊搭接、柜后平齊搭接、不同相序排列方式的搭接等。

3）組合設(shè)計(jì)及參數(shù)化設(shè)計(jì)。通過計(jì)算機(jī)三維軟件的編程設(shè)計(jì)，可以將X/Y/Z的參數(shù)采用設(shè)計(jì)邏輯進(jìn)行關(guān)聯(lián)并固化，最后自動(dòng)得出兩個(gè)組合結(jié)果M/N，其中M為支架的選用及安裝方法，N為側(cè)出線銅排的結(jié)構(gòu)和尺寸，該結(jié)果會(huì)根據(jù)不同的X／Y／Z參數(shù)發(fā)生變化。變壓器側(cè)出線的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)束語

變壓器標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)是干式變壓器行業(yè)的一個(gè)全新設(shè)計(jì)思路，該方法需要不斷地在設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行總結(jié)、優(yōu)化，這樣才能取得更有效的成果。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)方法也是不斷發(fā)展的，尤其是隨著數(shù)字化的飛速進(jìn)步，兩者結(jié)合對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)生的價(jià)值也會(huì)越來越大，希望有越來越多的干變?cè)O(shè)計(jì)工作者投入到標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)工作中。