龔曉明，林先永

（廣州西門子變壓器有限公司，廣東 廣州 510530）

0 引言

電力變壓器在出廠前需要做雷電沖擊的型式試驗(yàn)。雷電沖擊試驗(yàn)直接考驗(yàn)變壓器的絕緣強(qiáng)度，其理論性很強(qiáng)，相關(guān)研究也取得了豐碩成果，但實(shí)物試驗(yàn)研究勝少，且缺陷故障判斷與處理又具有很強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)積累，故依然是業(yè)內(nèi)研究的重點(diǎn)。雷電沖擊一旦出現(xiàn)異常，幾乎非返工不可，不但造成很多返工材料與工時(shí)的浪費(fèi)，還占用大量生產(chǎn)場(chǎng)地和設(shè)備，既影響質(zhì)量又影響產(chǎn)出還影響后續(xù)的訂單情況。因此著重收集了實(shí)物試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了絕緣厚度影響沖擊的關(guān)聯(lián)情況，制定與落實(shí)相關(guān)措施，并進(jìn)行驗(yàn)證，為提高沖擊試驗(yàn)的通過(guò)率奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1-2]。

1 絕緣強(qiáng)度與雷電沖擊試驗(yàn)狀況

用產(chǎn)品的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，在現(xiàn)有的工裝設(shè)備和操作指引，隨機(jī)安排操作人員進(jìn)行生產(chǎn)制作，并進(jìn)行雷電沖擊試驗(yàn)。

1.1 絕緣設(shè)計(jì)強(qiáng)度與裕度

選取引線出頭位置的相關(guān)參數(shù)，其計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度為50.8kV/mm、設(shè)計(jì)絕緣厚度為2.5mm，紙包銅線所處位置承受電壓為127kV，絕緣耐受電場(chǎng)強(qiáng)度為65kV/mm，絕緣設(shè)計(jì)裕度：65/50.8=1.279。

1.2 絕緣包扎情況

在現(xiàn)有的工裝設(shè)備、操作指引，隨機(jī)安排操作人員對(duì)出頭位置的導(dǎo)線進(jìn)行絕緣包扎，用丹尼松微皺紙+皺紋紙的的方式，采用手工半疊繞包方法，其結(jié)果見表1。

表1 出頭位置的導(dǎo)線包扎結(jié)果

1.3 雷電沖擊試驗(yàn)與結(jié)果

試驗(yàn)時(shí)分別用最高電壓105kV試驗(yàn)A組的絕緣、127kV試驗(yàn)B組的絕緣、132kV試驗(yàn)C組的絕緣。其中B組的絕緣在沖擊放電過(guò)程中，試驗(yàn)人員聽到異常聲音。從圖1中可以看出，試驗(yàn)結(jié)果顯示出現(xiàn)異常，在18us左右，100%電壓波形出現(xiàn)跌落，同時(shí)電流波形對(duì)應(yīng)時(shí)刻出現(xiàn)大的振蕩，之后電壓波尾變短，電流幅值變大。拆卸相應(yīng)的零部件件后，檢查故障點(diǎn)包絕緣情況，發(fā)現(xiàn)第四根導(dǎo)線故障點(diǎn)是在機(jī)包絕緣和手包絕緣過(guò)渡區(qū)域（手包絕緣和機(jī)包絕緣方向不同），第三根導(dǎo)線故障點(diǎn)都為手包絕緣（如圖2）。

圖1 B組雷電沖擊異常波形圖

圖2 故障現(xiàn)象

2 雷電沖擊與絕緣強(qiáng)度相關(guān)數(shù)據(jù)分析

針對(duì)絕緣包扎與雷電沖擊試驗(yàn)現(xiàn)狀，組織設(shè)計(jì)、工藝、品質(zhì)、生產(chǎn)等相關(guān)人員共同分析與探討各類數(shù)據(jù)，提煉影響因素及其關(guān)聯(lián)情況。設(shè)計(jì)裕度分析、檢查工藝文件，制定了相關(guān)檢查表格與檢查機(jī)制、對(duì)相關(guān)人員現(xiàn)場(chǎng)再培訓(xùn)等措施[3]。

2.1 設(shè)計(jì)裕度分析

從設(shè)計(jì)圖上可以看出第2根和第3根之間為線間絕緣，電壓差較小，第1根和第2根、第3根和第4根之間為線圈頭尾匝電勢(shì)，電壓差較大。故障正常情況會(huì)發(fā)生在壓差大、絕緣薄弱的環(huán)節(jié)。對(duì)出線第三與第四根導(dǎo)線發(fā)生擊穿處的絕緣繞包的核查情況，第三和第四根導(dǎo)線每邊為2層丹尼松微皺紙+8層皺紋紙的手工繞包。這些紙作繞包時(shí)拉伸后的厚度分別為0.075mm和0.1mm。按此計(jì)算繞包后的絕緣厚度為2*（2*0.075+8*0.1）=1.90mm。

此處繞包的按計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)為50.8kV/mm、設(shè)計(jì)絕緣厚度為2.5mm，繞包承受電壓為127kV，絕緣許用場(chǎng)強(qiáng)65kV/mm，絕緣設(shè)計(jì)裕度=65/50.8=1.279。如果絕緣厚度只有1.90mm時(shí)，絕緣中場(chǎng)強(qiáng)為=127/1.90=66.8（kV/mm），絕緣裕度為65/66.8=0.973，可見此處的手工繞包厚度并沒有滿足絕緣要求。

另外A組的絕緣包繞層數(shù)最少，與設(shè)計(jì)偏差最大，試驗(yàn)未出現(xiàn)異常。是因?yàn)橥ㄟ^(guò)計(jì)算其場(chǎng)強(qiáng)為65.6（kV/mm），裕度為0.991，絕緣裕度處于臨界狀態(tài)，同時(shí)由于絕緣擊穿概率和每次沖擊試驗(yàn)并不可能100%完全相同(施加峰值電壓和波形)，因此重復(fù)試驗(yàn)中有可能出現(xiàn)不同絕緣狀態(tài)。從另外一個(gè)角度來(lái)看，裕度在臨界點(diǎn)0.991時(shí)是可以滿足試驗(yàn)強(qiáng)度，故設(shè)計(jì)1.279的裕度是非常充足的[4]。

2.2 工藝要求與制作流程分析

檢查工藝文件手工包扎絕緣的相關(guān)描述，手工包扎絕緣時(shí)，用單張絕緣紙采用1/2搭接包扎，絕緣層與層之間錯(cuò)開1/4的方式進(jìn)行，用手緊密、均勻、平整的將紙帶繞包在導(dǎo)線上，紙帶可來(lái)回折返包扎，直至規(guī)定厚度。最后一層紙帶的繞包方向與原有的紙帶方向應(yīng)一致。描述了繞包層數(shù)與絕緣厚度計(jì)算依據(jù)。

但絕緣繞包操作人員在手工包扎過(guò)程中，憑經(jīng)驗(yàn)或相當(dāng)然地操作，沒有認(rèn)真落實(shí)工藝要求進(jìn)行包扎，絕緣紙搭接的尺寸控制不均勻，絕緣厚度大部分地方小于設(shè)計(jì)的2.5mm要求（折算繞包絕緣層數(shù)為15層），詳見上表1。最后一層紙帶的繞包方向與原有的紙帶方向有一致的現(xiàn)象。綜合以上調(diào)查及驗(yàn)證情況分析，關(guān)鍵在于手包絕緣厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，為本次雷電沖擊試驗(yàn)導(dǎo)致第3根和第4根匝間絕緣擊穿的根本原因[5-7]。

2.3 相關(guān)檢查表格與檢查機(jī)制

調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)在相關(guān)的文件中有規(guī)定絕緣厚度與公差要求，但沒有相應(yīng)的表格進(jìn)行記錄。在絕緣包扎完畢后抽檢頻率少，未抽檢到絕緣厚度偏少的位置可能性就大，特別是內(nèi)側(cè)、有遮擋的地方難以檢查，且沒有質(zhì)量檢查記錄[8]。

3 制定了與制定相關(guān)措施落實(shí)影響絕緣強(qiáng)度的相關(guān)措施與驗(yàn)證

通過(guò)重審設(shè)計(jì)原則和工藝流程、分析絕緣制作與檢查情況，進(jìn)一步細(xì)化工藝文件，制定相關(guān)檢查表格與檢查機(jī)制，落實(shí)對(duì)生產(chǎn)人員現(xiàn)場(chǎng)再培訓(xùn)措施[9]。

3.1 細(xì)化工藝文件

為了一線操作人員通俗易懂的理解與掌握相關(guān)操作指引，進(jìn)一步細(xì)化了手工包扎絕緣的方法，增加繞包示意圖，明確了測(cè)量工具；同時(shí)增加了不同絕緣紙拉伸后的絕緣厚度，及對(duì)應(yīng)的半疊包扎絕緣厚度與層數(shù)的關(guān)系表格；明確在外層顯著位置標(biāo)注繞包層數(shù)與操作者工號(hào)標(biāo)識(shí)等等[11]。

3.2 制定相關(guān)檢查表格與檢查機(jī)制

由設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、品質(zhì)人員進(jìn)一步分析圖紙與工藝文件的相關(guān)要求，查閱現(xiàn)有的故障案例，對(duì)高電場(chǎng)高電壓區(qū)、重點(diǎn)位置（例如出線頭位置，圖3：出頭位置改進(jìn)前檢查表，圖4：出頭位置改進(jìn)后檢查表）、難以復(fù)查等等地方更改或增加相應(yīng)的檢查點(diǎn)，在制作、檢查時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確記錄，對(duì)相關(guān)內(nèi)容簽名確認(rèn)，最后掃描存檔以便追溯[12]。

圖3 出頭位置改進(jìn)檢查表

圖4 出頭位置改進(jìn)檢查表

3.3 人員培訓(xùn)

為了確保產(chǎn)品上百分百滿足設(shè)計(jì)的絕緣厚度，對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)。通過(guò)從解讀設(shè)計(jì)圖紙，現(xiàn)行實(shí)物制作與試驗(yàn)現(xiàn)象，試驗(yàn)結(jié)果與故障分享；到要求掌握細(xì)化后的工藝文件及相關(guān)檢查表格與檢查機(jī)制；再到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物展示，以及操作人員對(duì)繞包絕緣進(jìn)行操作和相關(guān)表格的填寫；到最后強(qiáng)調(diào)按圖紙、工藝等文件進(jìn)行操作，如憑經(jīng)驗(yàn)、想當(dāng)然等現(xiàn)象將采取扣分、通報(bào)處理。對(duì)簽名后的培訓(xùn)記錄進(jìn)行存檔，并定期在班組會(huì)議上進(jìn)行培訓(xùn)[13-14]。

4 相關(guān)措施的落實(shí)與驗(yàn)證

通過(guò)實(shí)物試驗(yàn)失敗的分析原因，制定與落實(shí)相關(guān)措施，再次制作實(shí)物進(jìn)行試驗(yàn)，再次以50%全波與100%全波雷電沖擊試驗(yàn)，比較示傷電流與電壓波形均無(wú)異常。再次證明現(xiàn)行的設(shè)計(jì)裕度足夠的，并將細(xì)化后的文件和修改后的檢查表等相關(guān)措施固化成正式文件，并落實(shí)到后續(xù)的生產(chǎn)制作中，有效確保產(chǎn)品雷電沖擊試驗(yàn)一次性合格[15]。

5 結(jié)論

通過(guò)使用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)，利用現(xiàn)行工裝設(shè)備和操作指引，隨機(jī)安排操作人員進(jìn)行生產(chǎn)制作，并進(jìn)行雷電沖擊實(shí)物試驗(yàn)。進(jìn)一步掌握絕緣厚度與雷電之間的密切關(guān)系，發(fā)現(xiàn)工藝文件不夠細(xì)化，操作人員未按相關(guān)指引與圖紙、憑經(jīng)驗(yàn)、想當(dāng)然的操作，還有檢查表格不夠完善等不足之處。針對(duì)不足之處制定與落實(shí)實(shí)施了工藝文件細(xì)化、完善檢查表、對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行培訓(xùn)等等相關(guān)措施，最后通過(guò)50%與100%的全波雷電沖擊試驗(yàn)。在這過(guò)程中完善與總結(jié)，積累缺陷故障判斷經(jīng)驗(yàn)，為產(chǎn)品的一次試驗(yàn)通過(guò)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。更是為減少了不必要返工材料與工時(shí)的浪費(fèi)，節(jié)約了不必要的生產(chǎn)場(chǎng)地和設(shè)備占用，傳承了西門子高質(zhì)量、穩(wěn)定耐用理念，為后續(xù)的訂單鋪設(shè)好道路。