電力變壓器的制造工藝及質(zhì)量控制

摘要：隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，能源的大量開發(fā)利用，供給日趨緊缺，供電傳輸?shù)墓?jié)能型要求也日益凸顯，變壓器的穩(wěn)定性和安全環(huán)保也是和諧社會(huì)發(fā)展的必然要求，因此電力變壓器制造技術(shù)革新勢(shì)在必行。本文即分析了電力變壓器的制造工藝中的相關(guān)節(jié)能要點(diǎn)，然后探討了電力變壓器制造工藝常見質(zhì)量問題及控制措施。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；制造；損耗；鐵芯；線圈

一、變壓器設(shè)備的特點(diǎn)

按照電網(wǎng)中變壓器高壓側(cè)電壓等級(jí)的不同，電力線路上的變壓器有10kV 的配電變壓器，35kV - 110kV 的大中型主變，220kV -500kV 的特大型主變。一般來說，電壓等級(jí)越高，變電容量越大，變壓器的絕緣性能等質(zhì)量要求也越高。

電力變壓器較之普通設(shè)備具有以下特點(diǎn)：設(shè)備本身價(jià)格高，體積和重量也龐大，其生產(chǎn)周期長(zhǎng)，零部件及組件配件眾多；一旦訂貨合同簽訂，變壓器的技術(shù)參數(shù)、性能指標(biāo)和接線方式就已確定，產(chǎn)品具有無可替代性。由于這些特點(diǎn)和從運(yùn)行中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)考慮，必須加強(qiáng)大型變壓器制造環(huán)節(jié)的全過程質(zhì)量控制，實(shí)施設(shè)備質(zhì)量控制就顯得非常必要。

二、電力變壓器的制造工藝

（一）降低變壓器耗材技術(shù)

1、降低空載損耗

對(duì)不疊上鐵軛進(jìn)行全面運(yùn)用，在硅鋼片的裁剪、搬運(yùn)、疊放過程中盡量減少?gòu)澱酆妥矒舻拇螖?shù)，鐵心疊制完后在鐵心表面涂樹脂膠。預(yù)防、減小硅鋼片內(nèi)應(yīng)力，減弱振動(dòng)及噪聲。此種工藝降低了硅鋼片受碰撞和被彎曲的機(jī)率，空載耗材系數(shù)將比行業(yè)通用系數(shù)損耗小 0.8%左右。采用性能先進(jìn)的喬格橫剪線保證斷面毛刺不大于0.02mm，疊片完畢后斷表面刷膠，杜絕片間短路所造成空載損耗增加。

2、降低負(fù)載損耗

新型的繞組結(jié)構(gòu)和導(dǎo)線能是降低變壓器的負(fù)載耗材的基本方式。研制適用于大電流的線圈，這類線圈首尾相遇，出頭處磁通互相抵消，這就避免了漏磁通進(jìn)入金屬結(jié)構(gòu)件而引起損耗、過熱。根據(jù)不同電壓等級(jí)來選擇新型的繞組結(jié)構(gòu)，并選用組合導(dǎo)線、換位導(dǎo)線，如在 110kv 繞組推行利用率更高的全連續(xù)式，并開發(fā)寬度方向并聯(lián)的復(fù)合導(dǎo)線。對(duì)漏磁場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值法計(jì)算，按照軸向漏磁的大小來選擇經(jīng)濟(jì)合適的導(dǎo)線尺寸。按照橫向漏磁的大小來調(diào)整螺旋式繞組換位間距，降低因不同導(dǎo)線感應(yīng)漏電勢(shì)不同而引起的環(huán)流至最小的程度。在繞組兩端和油箱合適位置加裝磁屏蔽結(jié)構(gòu)來控制漏磁的走向，按照油流分布情況及線圈內(nèi)溫升分布情況合理布置油道，精簡(jiǎn)線圈油道，使線圈高度尺寸取值更加合理，進(jìn)一步提高線圈利用率。以上措施綜合應(yīng)用，可降低負(fù)載損耗 3%左右。

（二）降低變壓器噪音

變壓器本身的噪音加上變壓器冷卻系統(tǒng)的噪音是變壓器噪音的主要來源。變壓器內(nèi)部噪音是由鐵心硅鋼片磁滯伸縮所引起的振動(dòng)，并通過鐵心墊腳和變壓器油傳遞給箱體和附件；冷卻系統(tǒng)的噪聲源于風(fēng)扇和油泵的振動(dòng)。

變壓器自身的噪音源于以兩倍電源頻率為基頻的噪聲和頻率為基頻整數(shù)倍的低頻噪聲。降噪音措施有：

1、選用高導(dǎo)磁優(yōu)質(zhì)硅鋼片，并適當(dāng)選取硅鋼片工作磁密，使鐵心片工作在磁滯伸縮￡最小區(qū)域內(nèi)。磁滯伸縮小，產(chǎn)生的震動(dòng)就小，噪聲可降低。

2、盡量設(shè)計(jì)矮胖形鐵心，并計(jì)算鐵心頻率使其避開噪音大頻率區(qū)，可明顯降低噪聲；再者，結(jié)構(gòu)上選用 D 形軛，可減小鐵軛中的磁密，同時(shí)因?yàn)槠渥钚〖?jí)寬度較大，增加了與夾件的接觸面積，鐵軛受力趨于均勻，也有利于降低噪聲。

3、改進(jìn)裁片方法，采用全斜接縫的鐵心，接縫相互錯(cuò)開，減弱角部磁通畸變量，用玻璃絲粘帶或聚酯帶每隔一定間距綁扎心柱，施加適當(dāng)?shù)墓に噴A緊力，防止因鐵心受力不均勻，內(nèi)應(yīng)力增大而導(dǎo)致振動(dòng)加劇。

4、阻尼噪聲傳播途徑，抑制結(jié)構(gòu)件振動(dòng)。在鐵心墊腳和油箱箱底之間放置橡膠板，可有效阻尼鐵心振動(dòng)的傳播。合理布置油箱加強(qiáng)筋，提高油箱機(jī)械強(qiáng)度，并在盒式加強(qiáng)筋內(nèi)灌沙，可有效減小箱壁的振動(dòng)幅度和噪聲。還可以在油箱內(nèi)部鋪設(shè)橡膠板、紙板等以阻尼從鐵心傳出的振動(dòng)、噪聲。

（三）變壓器低溫升技術(shù)

變壓器內(nèi)部繞組使其內(nèi)注入的油升溫，升溫的油又導(dǎo)致空氣升溫，這就是變壓器的運(yùn)行溫度。而變壓器繞組承受溫度的能力就決定了變壓器的使用壽命，注油式變壓器的使用壽命原則是，繞組熱點(diǎn)的溫度每升高六度，其壽命減少一半，這就是我們通常說的“六度法規(guī)”。依據(jù)此類法規(guī)，并通過相關(guān)軟件進(jìn)行驗(yàn)證，合理設(shè)計(jì)變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，控制繞組對(duì)油的溫升不超過 25K，當(dāng)線圈內(nèi)部油流為強(qiáng)迫導(dǎo)向時(shí)，由于熱點(diǎn)溫升有所降低，可以允許銅油溫差不超過30K。與此同時(shí)，還要選擇適合的外部冷卻裝置，總體上使繞組熱點(diǎn)溫度比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求低 3K 以上，即控制在 95℃，這樣可提高運(yùn)行壽命約 8 年。

對(duì)于容量較大的變壓器，在合適位置設(shè)置磁屏蔽或磁分路，給漏磁通提供低磁阻通道，可有效防止漏磁通在金屬結(jié)構(gòu)件上感應(yīng)渦流產(chǎn)生的有功損耗，限制了局部發(fā)熱程度。

三、電力變壓器制造工藝常見質(zhì)量問題及控制

（一）鐵芯爬電距離偏小

在鐵芯制造環(huán)節(jié)中，常會(huì)出現(xiàn)鐵芯整體裝配起立后，上下鐵軛與鐵芯夾板間爬電距離不足的情況。這往往由于鐵心疊裝公差的累積、鐵心起立過程中因重力作用夾板、絕緣件等的輕微位移等造成。爬電距離過小容易引發(fā)變壓器運(yùn)行中的鐵心故障，因此在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救處理。

在鐵心尖角處與夾件拉板間放置0.5mm的Nomex絕緣紙，從而達(dá)到協(xié)議規(guī)定的爬電距離，確保了鐵心質(zhì)量。

（二）鐵芯多點(diǎn)接地現(xiàn)象

變壓器鐵心的正常接地方式應(yīng)該只有一點(diǎn)接地，當(dāng)出現(xiàn)兩點(diǎn)及以上的接地，就稱為多點(diǎn)接地。這種情況會(huì)導(dǎo)致鐵心局部過熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致變壓器油、線圈過熱，使變壓器的油紙絕緣逐漸老化，最終導(dǎo)致鐵心燒毀。一旦發(fā)現(xiàn)此類現(xiàn)象，應(yīng)立即進(jìn)行整改，以消除多點(diǎn)接地。

針對(duì)這個(gè)問題，可以采取更換部分片間絕緣不良的鐵心疊片的做法，排除多點(diǎn)接地，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

（三）線圈整體套裝時(shí)無法套入鐵心柱的現(xiàn)象

電力變壓器每相繞組一般由高壓、中壓、低壓、調(diào)壓四個(gè)線圈組成。目前，線圈均采取整體套裝的工藝，即高、中、低壓線圈和調(diào)壓線圈依次完成分相套裝，然后將整個(gè)一相繞組向鐵心柱整體套入的工藝。

現(xiàn)場(chǎng)制造中，鐵心柱外徑尺寸與低壓線圈內(nèi)徑尺寸在圓周的某個(gè)方位存在不匹配而無法整體套入。這種情況比較復(fù)雜，制造廠商必須及時(shí)做出工藝調(diào)整，但不得由此降低絕緣性能等指標(biāo)。

（四）感應(yīng)耐壓局放試驗(yàn)出現(xiàn)局放量偏大的現(xiàn)象

感應(yīng)耐壓試驗(yàn)也用來考核變壓器的絕緣性能。變壓器內(nèi)絕緣介質(zhì)的局部放電會(huì)對(duì)絕緣材料產(chǎn)生破壞作用，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。因而根據(jù)變壓器的不同絕緣水平，局部放電量的測(cè)量值是有嚴(yán)格限制的，絕不可超出限定值。如現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量局放超出標(biāo)準(zhǔn)，必須及時(shí)分析后予以排除并重新測(cè)量。

對(duì)此，對(duì)油箱內(nèi)的變壓器油要進(jìn)行多次真空濾油，在完成了真空注油后還要對(duì)變壓器進(jìn)行第二次局放試驗(yàn)，測(cè)得的局放量小于40pc，才完全達(dá)到技術(shù)協(xié)議要求。

（五）配件與協(xié)議不符

由于變壓器內(nèi)的配件、組件眾多，常常會(huì)出現(xiàn)某配件或組件與產(chǎn)品的技術(shù)協(xié)議存在不符合的情況。這時(shí)應(yīng)進(jìn)行整改，使該配件符合技術(shù)協(xié)議的約定。當(dāng)然，如果制造廠能提出使用該配件充分的理論依據(jù)和業(yè)績(jī)報(bào)告，經(jīng)業(yè)主認(rèn)可后可放行。

結(jié)語

綜上，當(dāng)前形勢(shì)下，電力供應(yīng)仍顯緊張，電力系統(tǒng)備用容量仍顯不足，變壓器的事故停電不僅是電力部門的損失，對(duì)其他行業(yè)和社會(huì)也帶來巨大的影響。況且，高電壓等級(jí)的大型電力變壓器耗資巨大，一臺(tái)產(chǎn)品的價(jià)格少則幾百萬，多則上千萬。由此可見，對(duì)大型、特大型電力變壓器開展制造過程進(jìn)行質(zhì)量控制是極其明智之舉，對(duì)提高產(chǎn)品過程質(zhì)量和結(jié)果質(zhì)量是不可或缺的環(huán)節(jié)。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁波.闡述變壓器安裝的施工工藝及質(zhì)量控制[J].科技與企業(yè).2012（13）

[2]劉建久，張高飛.700000kVA變壓器設(shè)備安裝關(guān)鍵工序探究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào).2011（32）

[3]金乃超，申曉平，劉立臣，孫東明，隋毅.750kV主變壓器施工關(guān)鍵工序質(zhì)量控制[J].吉林電力.2011（04）