張海燕

（廣州 510000）

干式變壓器的設(shè)計及制造

張海燕

（廣州 510000）

隨著工業(yè)化的發(fā)展，工業(yè)上我國在對干式變壓器的應(yīng)用廣泛，在市場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，競爭也日益激烈。目前國內(nèi)不少的廠家的制造依舊還是停在手工設(shè)計計算的層次上，因此也產(chǎn)生了一系列的弊端，比如，制造效率低、成本高、時間長，不能設(shè)計出最佳方案。該文在手工設(shè)計的層次上，結(jié)合其優(yōu)點，另外進行了優(yōu)化設(shè)計。

干式變壓器；優(yōu)化設(shè)計；制造

1 前言

隨著我國工業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，很多場合都需要安裝干式變壓器。常見的場合有化工廠、發(fā)電廠、礦材開采區(qū)、一些建筑地、機場、高鐵及地鐵等場所。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)氧樹脂無溶劑膠與無堿玻璃絲增強繞制的繞包絕緣干變，樹脂澆注的澆注絕緣干變。浸漬式干式變壓器它的制造過程比較簡單通常用導(dǎo)線繞制完成的浸漬，可以高溫的絕緣漆，然后進行加熱處理，其優(yōu)、缺點都很容易知道；而在真空澆中采用金屬模具對線圈進行澆注的是澆注絕緣干式變壓器。它的制造過程十分復(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，而且防潮，不容易燃，采用無堿玻璃絲浸以無溶劑膠經(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，不易燃沒有開裂的可能性等優(yōu)點。生產(chǎn)過程中不需要過多的設(shè)備投入，減少了設(shè)備投資比如不用模具和真空設(shè)備。因此在我國現(xiàn)階段，進行干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計的研究是很值得的。

2 干式變壓器優(yōu)化設(shè)計研究概況

由于干式變壓器和油浸式變壓器有相同的主結(jié)構(gòu)，它們在工作原理方面也大同小異，油浸式變壓器優(yōu)化設(shè)計的同樣也能用干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計。這樣，既提出了干式變壓器的優(yōu)化設(shè)計方法，也提高優(yōu)化速度，減少了搜索。

3 干式變壓器的設(shè)計

3.1 設(shè)計任務(wù)

在設(shè)計條件和性能指標的限定下，依照產(chǎn)品的給定規(guī)格，計算出各類數(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。而所謂的優(yōu)化設(shè)計則是在低制造成本，少用原料，簡單的制造過程，創(chuàng)造出客戶滿意的產(chǎn)品，從而提高經(jīng)濟效益，獲得收益。

3.2 結(jié)構(gòu)組成

變壓器是由幾個線圈和一個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行調(diào)壓、冷卻、保護、測溫、出線，而且器身用金屬殼體密封起來。如圖1中的干式變壓器的結(jié)構(gòu)是這樣的，三柱式三項的鐵心設(shè)計，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)點和缺點，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，強度好的結(jié)構(gòu)的是高壓線圈，因為能夠有效的避免許多缺點，比如容易因為溫度高而被擊穿，在電壓比較高的情況下。線卷式機械強度好適應(yīng)范圍廣，缺點是沖擊電壓分布差，圓筒式跟螺旋式則卷制簡單，導(dǎo)電流密度大，但換位復(fù)雜。在高壓線圈的設(shè)計上，為了優(yōu)化設(shè)計，便于引線的設(shè)計，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)計計算

估算設(shè)定初值→計算校核→調(diào)整設(shè)定→再計算。

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

3.4 設(shè)計的基本方法

通常情況下設(shè)計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確定工作數(shù)據(jù)，尺寸、大小，重量，用量、熱和電等等，然后進行方案設(shè)計。

間接法則是在設(shè)計的過程中，它是根據(jù)原有的公式計算出所需的數(shù)據(jù)，尺寸等，最后通過參數(shù)來進行最優(yōu)方案的設(shè)計。

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行對比，然后進行設(shè)計的，從而實現(xiàn)新的設(shè)計。類比法的步驟有：

現(xiàn)在，蘇湛老師自曝家丑，堅持給抄襲學(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起來，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)品的型號和尺寸；

（2）確定干式變壓器的設(shè)計方案；

（3）根據(jù)所設(shè)的方案進行設(shè)計與調(diào)整；

（4）進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計；

（5）然后手工計算；

（6）繪制出外形圖和總裝圖。

并實現(xiàn)了各種線圈形式的干式變壓器產(chǎn)品設(shè)計以及溫升計算部分。該部分是整個計算的核心部分。

3.5 故障案例分析

在干式變壓器的設(shè)計中也存在很多故障案例分析。案例：如某公司在使用一臺型號為SCB9-2000/10的干式變壓器時，就出現(xiàn)了故障，A，B組繞線的溫度過高，需要售后工作人員進行處理，在處理過程中進行了直流電阻的檢測。但并沒發(fā)現(xiàn)有問題，那么到底是什么原因?qū)е翧，B組繞線溫度過高，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)原因在于鐵芯多點接地導(dǎo)致的。為了解決這一問題，應(yīng)該先解決外部存在的問題，現(xiàn)場可以采用吸塵器等工具對變壓器進行清。由于沒有確定故障位置的所在，只能在上夾件拆除進行檢查，如果沒問題，故障則可能出現(xiàn)在下夾件和鐵芯拉板，但現(xiàn)場如果進行拆除，則不太可能。但我們可以采取以下方法進行處理：①交流電弧法。②放電沖擊法。③大電流沖擊法。現(xiàn)場我們采用了大電流沖擊法，因為它操作方便，設(shè)備的配備容易，現(xiàn)場采用了一臺容量較小的電焊機，容量為8KVA，次級輸出60～160A將鐵芯與接地點后斷開，給鐵芯加電流，瞬間在下夾件與鐵芯間發(fā)生冒煙，斷電后觀察故障點的部位，然后再進行解決。

3.6 發(fā)展前景

（1）節(jié)能環(huán)保。隨著科技的發(fā)展，我國在工業(yè)生產(chǎn)能源資源的使用上越來越追求低能環(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)，對環(huán)保理論的加強，合理的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化的設(shè)計方法。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。安全可靠的運行對于變壓器使用時尤為重要的一點，如果不安全后果將無法想象。這些變壓器一般有運用與重要的領(lǐng)域，比如工業(yè)生產(chǎn)，項目的開發(fā)，工程的實施上，都離不開變壓器的使用。因此，對變壓器的安全可靠性的至關(guān)重要，絕不能容得半點馬虎，也那些廉價低劣產(chǎn)品在市場中銷售。我國在大部分項目工程上，一般都采用環(huán)氧樹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，大體上沒有的事故發(fā)生的可能性。目前我國環(huán)氧樹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)氧樹脂真空澆注環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器變壓器。一般的企業(yè)對新的產(chǎn)品，新的材料，多的種類，作出了研發(fā)跟設(shè)計。希望能獲得更多的經(jīng)驗和設(shè)計靈感。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和發(fā)展創(chuàng)造新的發(fā)展，提供新的機遇。

（4）向多功能或者自動化發(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化的功能，應(yīng)該從單一的功能向多功能和自動化的方向發(fā)展。比如多功能的組合式能夠進行數(shù)據(jù)分析，控制和顯示狀態(tài)，即能夠保護外殼，有計算機的接口，強迫風冷功率計量、封閉母線、低壓側(cè)向出線、到引入TTU自動化終端。在技術(shù)和科學(xué)進一步變化中，實現(xiàn)變壓器的多功能和自動化的發(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，向各個領(lǐng)域進行發(fā)展。比如工廠使用，交通使用領(lǐng)域，發(fā)電廠使用，核電站、礦石開采等多領(lǐng)域設(shè)計和發(fā)展。

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

4 結(jié)語

隨著科技的發(fā)展技術(shù)的不斷提高我們國家的環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器占了很大的比重，我國所研發(fā)生產(chǎn)的新的一系列環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器產(chǎn)品在世界上已經(jīng)達到了較高的水平。現(xiàn)在應(yīng)該不斷的進行推廣，加大創(chuàng)新力度，促進環(huán)氧樹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)計中得到更深的發(fā)展。

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

[2]卜晨晨.干式變壓器優(yōu)化設(shè)計及其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)計研究[D].東南大學(xué)，2005（3）：7.

TM412

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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)計工作。