大型變壓器鐵芯柱直徑偏差的影響因素分析及控制

曾賀林曉琳

(保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071056)

摘要：芯式變壓器鐵芯直徑是大型變壓器的一項(xiàng)重要參數(shù)，受加工公差積累和加工工藝水平影響，鐵芯截面會產(chǎn)生偏差，呈“橢圓形”或“梨形”，根據(jù)偏差的情況可對產(chǎn)品性能和器身裝配造成一系列不同程度的影響，同時(shí)也會增加變壓器的制造成本和材料成本。現(xiàn)針對鐵芯直徑和同芯度產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行分析，并提出控制方法。

關(guān)鍵詞：大型變壓器；鐵芯直徑；偏差；影響因素；控制

收稿日期:2015-05-14

作者簡介：曾賀(1979—)，男，遼寧鞍山人，工程師，主要從事變壓器制造工藝技術(shù)及質(zhì)量管理工作。

0引言

變壓器鐵芯的基本類型分為殼式鐵芯和芯式鐵芯兩種。芯式鐵芯多為分級圓柱式，其優(yōu)點(diǎn)是圓形線圈制造相對方便，短路時(shí)的輻向穩(wěn)定性好，硅鋼片用量也相對較少，因此在我國近千家變壓器制造廠中普遍采用芯式結(jié)構(gòu)。芯式結(jié)構(gòu)鐵芯為多級圓形截面，鐵芯直徑一般用其外接圓的直徑來表示。對于變壓器制造來說，直徑偏差取決于各級對應(yīng)點(diǎn)上的實(shí)測直徑與設(shè)計(jì)直徑之間的差值，差值越小，說明鐵芯截面越是趨向于圓形，線圈與鐵芯的套裝配合度越好，裝配質(zhì)量越高。反之，鐵芯直徑偏差大會造成繞組套裝困難，在套包過程中，鐵芯中柱圓度不夠，會導(dǎo)致套包時(shí)局部撐不實(shí)，削弱抗短路能力，還可能使繞組內(nèi)絕緣距離不夠，影響到鐵芯的力學(xué)性能及電氣性能。在工藝水平不高的情況下，設(shè)計(jì)過程中不得不靠增加鐵芯與線圈之間配合間隙來確保套裝的順利完成，對線圈線材的使用、絕緣紙板的使用量都會相應(yīng)增加。因此，如何控制鐵芯柱的直徑，提高鐵芯柱的對稱度和同芯度，是我們必須認(rèn)真考慮的問題。

理論上芯柱各級臺應(yīng)處于外接圓上，而對于實(shí)際加工來說這只能是理想狀態(tài)，只能通過多方面影響因素的分析和控制來盡可能減小直徑偏差。根據(jù)日常工作經(jīng)驗(yàn)，可從以下幾個(gè)方面著手：

1套裁控制

套裁的不精確，對每級厚度和累積厚度均有影響。套裁是對某牌號硅鋼片抽測片厚平均值作為理論依據(jù)，由于不同批次原包料以及同批次原包料自身的軋制厚度都存在一定偏差，最終確定的片數(shù)疊積后可能與理論數(shù)據(jù)存在偏差。針對材料厚度問題，套裁和疊積時(shí)可采取如下控制方式：新材料進(jìn)廠后，隨機(jī)選擇不同卷料、不同位置進(jìn)行抽樣，將樣品各剪切若干樣片，用千分尺測量不同樣品的總厚度，加權(quán)平均，計(jì)算出平均片厚，作為該牌號硅鋼片經(jīng)驗(yàn)片厚，套裁時(shí)據(jù)此計(jì)算每級片數(shù)，進(jìn)行縱橫剪加工。疊積時(shí)，嚴(yán)格測量每級厚度，及時(shí)進(jìn)行加減片調(diào)整，記錄每級厚度、總厚及加減片數(shù)量，將記錄返回套裁員，套裁員根據(jù)總加減片數(shù)量調(diào)整修正硅鋼片經(jīng)驗(yàn)片厚，作為后續(xù)產(chǎn)品套裁依據(jù)。經(jīng)過調(diào)整后的片厚計(jì)算，既滿足總厚公差要求同時(shí)也將每臺補(bǔ)片、廢片控制在一定范圍內(nèi)，不僅減少了浪費(fèi)，也避免了停工補(bǔ)片影響生產(chǎn)進(jìn)度的問題。

2剪片質(zhì)量控制

從卷料加工成疊片一般分為縱剪和橫剪兩道主要工序，縱剪就是沿著硅鋼片的軋制方向，把一定寬度的材料裁剪成所需寬度的條料，這些條料再經(jīng)過橫剪剪切成疊片，用于疊片式鐵芯的制造。由于硅鋼片本身厚度不一致、部分硅鋼表面存在波浪或疊片剪切毛刺的影響，芯柱疊積厚度不易控制，這在實(shí)際疊積過程中屬于常見問題。鐵芯片在沖剪加工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制、嚴(yán)格檢查硅鋼片的質(zhì)量，部分原材料波浪和平整度不好，應(yīng)控制在一定公差范圍內(nèi)，為后續(xù)工序的疊積質(zhì)量和疊積厚度做好準(zhǔn)備，毛刺、波浪度嚴(yán)重超差的片不宜使用。另外，剪片寬度和不直度可直接影響到疊積后寬度，大型變壓器鐵芯中柱多為拼接結(jié)構(gòu)寬級和多道隔磁槽窄級，剪片寬度和不直度可造成疊積后寬度大于圖紙標(biāo)稱尺寸，導(dǎo)致直徑偏大。因此，要求嚴(yán)格控制剪片各項(xiàng)指標(biāo)，以有效控制后續(xù)工序厚度及有效截面積，從而為確保鐵芯技術(shù)性能指標(biāo)打好基礎(chǔ)。

3疊積尺寸控制

由于大型變壓器鐵芯芯柱由多種片型的疊片拼接而成，疊片間存在拼接接縫，而目前鐵芯疊積過程多為手工操作，存在一定的操作公差，并且剪片的角度和不直度存在公差，如控制不好會產(chǎn)生拼接后外形尺寸偏差問題，如片寬增加、疊片偏斜、接縫尺寸偏大等。針對上述問題，主要控制方法：鐵芯疊裝臺的工作面必須調(diào)整水平，疊裝第一級疊片時(shí)要準(zhǔn)確測量對角線尺寸，使之相等；疊積過程中通過調(diào)節(jié)控制接縫尺寸，盡量減小剪片公差帶來的影響；帶有油道結(jié)構(gòu)的鐵芯，油道的寬度和厚度加工質(zhì)量對鐵芯直徑產(chǎn)生影響也較大，需按負(fù)公差制作。

4疊積厚度控制

鐵芯疊積過程中，不但要控制各級級厚超差造成鐵芯總厚及鐵芯直徑同時(shí)超差問題，還應(yīng)提高芯柱兩側(cè)相對中心的對稱度，防止出現(xiàn)芯柱截面兩側(cè)一厚一薄的現(xiàn)象。該問題產(chǎn)生的主要原因是鐵芯疊積過程中為控制總厚在一側(cè)調(diào)片過于集中。預(yù)防的主要方法：在疊積過程中，嚴(yán)格控制每級厚度，測量每級厚度并記錄，便于調(diào)整和分析；除對每級厚度進(jìn)行測量外，單級厚度公差的不斷累積也會對總厚以及兩側(cè)厚度互差產(chǎn)生影響，因此，在疊積過程中，還需每間隔一定厚度，增加對累積厚度公差的測量控制；大型變壓器鐵芯的級數(shù)較多，需提前對待疊片料厚度進(jìn)行測量，與理論厚度對比，預(yù)測疊積后的總厚度，便于提前估算加減片數(shù)，及時(shí)對厚度進(jìn)行調(diào)整，盡可能將調(diào)整的片數(shù)均勻分散到各個(gè)級，擴(kuò)大調(diào)節(jié)范圍，微調(diào)累積厚度，避免最后集中調(diào)整的情況。

5中柱橢圓度控制

由于大型鐵芯總厚大、級數(shù)較多，一般產(chǎn)品分50個(gè)級左右，疊積過程一般為多人配合、手工操作。剪切的疊片片寬、片長以及刀口的不直度難免存在一定問題，這是機(jī)械加工不可避免的，這就使得鐵芯柱在疊積過程中產(chǎn)生了左右相對中心不對稱的問題，如柱兩側(cè)級臺對稱度較差，就會產(chǎn)生鐵芯柱的直徑偏斜問題。只有不斷通過調(diào)節(jié)中心對稱度，才能減小這種偏差對左右級臺尺寸的影響，使左右接近標(biāo)準(zhǔn)值，提高左右的對稱度，降低對直徑的影響。控制橫剪剪片長度、角度等，疊鐵增加吊線和測量次數(shù)，能保證各級同芯，以確保鐵芯柱橢圓度，使直徑偏差達(dá)到最小值。

6疊積平面控制

由于大型變壓器鐵芯重量較大，一般為幾十噸到幾百噸不等，疊片寬度越大、越重對疊積平面的影響也就越大，隨著疊積厚度的增加，疊積寬度的增大，鐵芯柱兩側(cè)由于自身重量原因，必然會產(chǎn)生下垂現(xiàn)象，從而使鐵芯疊片不在同一水平面上，進(jìn)而對鐵芯直徑和上下兩側(cè)對稱度造成影響。解決這一問題應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，每疊積一定厚度后對疊片給予支撐來消除重力產(chǎn)生的影響，例如使用必要的支撐工裝等措施來進(jìn)行調(diào)整。

7鐵芯垂直度控制

鐵芯垂直度超差的幾個(gè)主要原因：一是疊積工作面高低不平，疊積后的鐵芯柱自然存在彎曲；二是鐵芯起立前未完全夾緊，造成鐵芯在起立和吊運(yùn)過種中發(fā)生變形；三是鐵芯翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)臂與疊裝臺面不垂直，造成鐵芯在起立過程中發(fā)生變形。預(yù)防的主要方法：疊積臺面一定要調(diào)整水平；鐵芯起立前對鐵芯進(jìn)行充分夾緊，同時(shí)調(diào)整翻轉(zhuǎn)臺的翻轉(zhuǎn)臂與疊積工作面垂直并鎖定；翻轉(zhuǎn)臂與鐵芯間應(yīng)貼實(shí)、頂緊，防止鐵芯起立過程中發(fā)生滑動(dòng)碰撞；鐵芯在吊運(yùn)過程中一定要平穩(wěn)、緩慢，防止鐵芯受到?jīng)_擊，造成鐵芯柱彎曲、歪斜現(xiàn)象。

8綁扎質(zhì)量控制

綁帶在鐵芯柱外部，綁扎質(zhì)量直接影響鐵芯的直徑，因此在繞綁帶時(shí)需注意控制局部布帶打綹，保證綁帶的平整度。鐵芯起立前應(yīng)對鐵芯進(jìn)行充分夾緊，提高鐵芯綁扎工藝水平，綁扎后不得外脹。以上措施可有效避免綁扎造成的直徑超差情況，帶有撐條結(jié)構(gòu)的還需注意撐條綁扎的松緊度，避免撐條有變形或翹起現(xiàn)象，影響鐵芯直徑。

9結(jié)語

控制鐵芯直徑和同芯度偏差，可提高變壓器的套包質(zhì)量，改善鐵芯的電氣性能及力學(xué)性能。在材料使用方面，工藝水平的不斷提高可減小鐵芯直徑公差標(biāo)準(zhǔn)，從而減小線圈套裝余量，減小線圈直徑，效果是減少銅線、絕緣用量，繼而減小鐵芯外形尺寸，減少硅鋼片用量，達(dá)到降低材料消耗及產(chǎn)品成本的目的。在目前國際國內(nèi)金融危機(jī)及市場緊張局勢下，降低成本、提高產(chǎn)品競爭力是大勢所趨，因此，本文論述在各方面都具有非常積極的意義和價(jià)值。

[參考文獻(xiàn)]

[1]趙靜月.變壓器制造工藝[M].北京：中國電力出版社，2009.