泰开变压器技术特点及优势.docx

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泰开变压器技术特点及优势

变压器的技术特点（三低一高）及优势

1、降低变压器损耗的措施

变压器内部损耗包括空载损耗与负载损耗两部分。

降低变压器内部损耗的措施，也必须从这两方面进行考虑。

1）降低变压器空载损耗的措施：

变压器空载损耗产生于变压器磁路（铁心）内部。

要降低变压器空载损耗，必须从铁心选材、结构设计和制造工艺三方面采取措施。

（1）硅钢片选用

自变压器发明以来，铁心材料进步显著，市场上也有不同型号的硅钢片可供选择。

要降低变压器空载损耗，首先考虑的就是选择单位损耗低的硅钢片。

（2）结构设计

变压器空载损耗大小受铁心中磁通密度影响很大。

要降低变压器空载损耗，可适当降低变压器铁心磁密，但要兼顾由此引起铁心重量增大所导致损耗增加的因素。

另一方面，采用多级步进搭接结构可以减少铁心接缝部位的磁场畸变，降低局部涡流损耗。

（3）制造工艺

变压器制造工艺对硅钢片性能有很大影响。

采用先进的铁心剪切设备可以减小硅钢片毛刺，从而降低铁心损耗；铁心叠片轻拿轻放和均匀夹紧可使硅钢片材料性能免于劣化，避免引起铁心损耗的增加。

2）降低变压器负载损耗的措施：

变压器负载损耗产生于变压器电路部分和结构件内部。

要降低负载损耗，除要选择优质铜材外，主要应在结构设计中进行考虑。

从结构上降低变压器负载损耗，是变压器制造技术进步的一个重要标志。

变压器负载损耗包括载流导体的直流电阻损耗、并联导线之间的环流损耗、导体内部的涡流损耗、结构件的杂散损耗四个方面。

降低变压器负载损耗，也必须从四个方面加以考虑，并兼顾各个因素的相互影响。

（1）降低直流电阻损耗的唯一途径是减小导体的电流密度，但这要造成材料成本和导体涡流损耗的增大。

（2）减小并联导线之间的环流损耗。

并联导线之间的环流损耗是由于各导体之间所交链的漏磁通不相等所致。

通过对漏磁场的分析与控制，结合并联导线的适当换位，可以将环流损耗降至最低。

（3）由于导体中的涡流损耗与其垂直于漏磁场方向尺寸的平方成正比。

换位导线与组合导线的使用，就是为了减小导体尺寸，从而达到降低涡流损耗的目的。

（4）结构件内部的杂散损耗本质上就是漏磁场在金属部件中产生的涡流损耗。

通过应用电磁屏蔽、磁分路技术，减少进入结构件内部的漏磁场，可以有效降低变压器杂散损耗。

2、变压器低局放的实现

通过对变压器局部放电机理的研究，我们认为，变压器局部放电水平的高低，是对制造企业综合水平的反映；降低变压器局部放电水平，除从设计方面降低变压器局部场强以外，更重要的是从绝缘材料选用、油的处理、器身保洁与干燥处理等方面采取措施，这些都必须由优良的制造设备和先进的制造工艺加以保证：

1．局部放电产生的机理

变压器的局部放电是指在器身内部绝缘系统中，由于一定电压作用所发生的局部放电击穿现象。

局部放电的特点：

一是局部绝缘击穿（不是贯通性绝缘放电），二是放电和熄灭交替反复发生。

变压器局部放电的原因有两个，一是由于存在局部电场集中（包括由于悬浮电位而引起的电场畸变），引起局部区域内变压器油放电；二是由于固体绝缘材料或油中存在各种气泡，因为气体介电常数比油或固体材料的介电常数要低，在一定电压作用下，在由气体、油、固体绝缘材料组成的串联系统中，气体要分担较高电压；另一方面，气体的电击穿耐受电压又低于油或绝缘材料的电击穿耐受电压，当在这种绝缘系统上所施加的电压达到一定值时，绝缘内部存在的气体就成为设备局部放电的发生点。

由于局部放电能量很小，它的存在并不影响绝缘系统的短时绝缘强度。

当由于局部放电而使固体材料空穴中的气体击穿时，空穴的内表面将充当瞬时的阴极和阳极。

电子撞击阳极时有足够的能量使绝缘表面化学键被破坏，而正离子撞击阴极时则可能使绝缘表面的温度升高而造成绝缘破坏，并形成通道和凹坑。

此外，活性放电生成物还将在空气中形成O3或NO2，由于它们的电化学作用，将不断加速绝缘老化，其最终结果是材料的缓慢腐蚀和由此引起的固体绝缘减弱，并最终导致绝缘击穿。

2．变压器的无局放设计

（1）运行中的变压器必须能够承受正常工作电压和各种过电压的作用。

均匀电场下的绝缘结构很容易利用传统方法进行设计，但在不均匀电场中（例如绕组端部、引线电场等），由于电场集中的影响，常常发生局部放电现象。

本公司以对特殊部位电场的有限元分析为基础，通过采取电场屏蔽措施改善电场分布；通过分隔油隙提高介质的起始放电水平，使得最大电场强度的发生值低于局部放电场强的起始值。

（2）在高场强区不使用环氧玻璃布板或其它介电常数过大的材料；在厚度较大的绝缘件上开浸油孔，保证绝缘件彻底被油浸透；在器身内易存气的地方开排气通道。

根据需要在铁心与内绕组之间增加地屏；将带电部位的焊接点进行金属圆化屏蔽；所有绝缘件边棱倒圆去毛；高场强区金属件边棱倒圆至少R5、光洁度。

在结构上确保接地部件可靠接地，需要有接地连接的部件接触面上不涂漆。

3．工艺措施与设备保证

（1）变压器生产现场采用全密封结构的净化车间。

控制车间降尘量＜50mg/m2d（装配区＜30mg/m2d），地面为环氧地坪、门窗封闭、进作业区换鞋、更衣；原材料进车间前进行除尘处理、车辆进车间时轮下垫临时胶板，内部转件车不出车间；器身成品与半成品均及时用塑料布进行覆盖；油箱使用前将内表面认真擦拭。

（2）控制金属粉尘不混入产品或绝缘件中。

地屏、静电板在专用区进行焊接操作，带金属粉尘的工具（锉刀、砂纸等）不允许与绝缘材料混放，导线焊、砂时要彻底防护好，铝箔、金属化皱纹纸单独存放（防止金属粉末脱落），绝缘件加工设备不许加工金属部件。

（3）严格出头屏蔽工艺的贯彻执行。

110kV级以上产品中电压≥35kV级的所有出头都要用铝箔和金属化皱纹纸进行屏蔽，并根据电压等级控制电极直径。

利用冷压连接工艺代替传统的焊接工艺，减少焊接操作造成的对器身的污染。

（4）利用400kW煤油气相干燥设备进行器身干燥处理，控制绝缘含水量≤3%；在干燥过程中通过煤油的冲洗，将使变压器的器身洁净度更高。

（5）严格真空注油工艺，控制注油真空度要求、抽空时间、注油速度，确保油温不低于60℃，避免注油过程中带入气体。

进入变压器内部的油提前进行脱气处理，控制含尘量＜2000粒/100ml。

按工艺规定时间进行注油后的变压器静放，使内部残存气体逸出或被油吸收，绝缘件充分浸透。

（6）提高现场管理水平，不允许操作者佩带钥匙、饰物等进入装配现场。

铁心插板、夹件装配、引线配制时将器身进行覆盖，避免各种金属颗粒落入器身内部。

3、低噪声变压器制造

1．变压器噪声的产生

变压器噪身由相关部件机械振动所引起，它主要包括主体噪声和冷却系统噪声两部分。

（1）变压器本体噪声

变压器本体噪声源包括：

电工钢带磁滞伸缩引起的铁心振动；电工钢带接缝处或叠片间由于磁通横向穿过而引起电磁力所产生的铁心振动；在绕组漏磁场中流通的周期变化负载电流所引起的绕组振动；漏磁通所引起的箱壁（包括磁屏蔽）振动。

变压器本体振动通过两条途径传给油箱：

通过铁心垫脚的固体传递和通过变压器油的液体传递。

（2）冷却系统噪声。

变压器冷却系统的噪声主要是带运动部件的风扇和油泵所产生。

（3）变压器本体噪声和冷却系统噪声合成形成变压器噪声，并以声波形式向空气四周传播。

2．降低变压器噪声的措施

降低变压器噪声的措施可以从两方面考虑，一是降低噪声源所产生的噪声，二是阻断噪声向周围空气中的传播。

（1）降低变压器噪声源所产生的噪声。

（a）采用磁滞伸缩小的优质电工钢带。

一般而言，电工钢带单位损耗越低，其在相同磁密下的磁滞伸缩越小。

（b）降低电工钢带中的磁通密度。

磁通密度越低，磁滞伸缩越小。

但磁通密度降低要导致铁心体积增大，从而所引起噪声增大。

应在二者之间找到最佳平衡点。

（c）改进铁心结构。

采用全斜45°步进搭接结构，在保证铁心机械性能的条件下尽量减小接缝区面积，可以有效降低沿非轧制方向通过的磁通量，从而降低噪声。

（d）铁心均匀夹紧，保持钢片平整，避免出现波浪形，以免损害电工钢带磁化性能。

（e）在铁心片中加入减振橡胶垫板。

（f）使用低噪声风扇或低噪声油泵。

降低风扇或油泵转速，改良叶片形状，提高风扇动平衡性能等都属于降低风扇噪声的措施。

（2）在噪声传播途径上采取措施

（a）在铁心垫脚下面加放橡胶垫板，减小铁心振动向油箱的传播。

（b）合理设计油箱结构，避免油箱与铁心振源发生共振而将振动放大（在油箱加强铁内灌沙子就属增加油箱刚度的措施）；

（c）在油箱与附件（主要是冷却器、散热器、连管）之间增加软连接头减少振动传播。

（d）在油箱上使用高效隔声结构——在钢板上安装吸声材料。

（e）使用有源消声技术——在变压器附近安装发声装置，并使该装置发出的声波与变压器产生的噪声波相抵消，避免其向周围空气中传播。

4、提高变压器抗短路能力的措施

在短路故障情况下，变压器载流回路中将流过很大短路电流，该电流与绕组漏磁场作用产生巨大的短路电动力，并在瞬间发出大量热能。

变压器的抗短路能力就是其载流回路对短路电流所产生的动、热负荷的承受能力。

我公司产品通过采取以下几方面的措施来提高变压器的动、热稳定性能：

（1）设计上充分考虑产品承受短路的各种工况，针对最严重的短路情况，利用先进分析软件对绕组漏磁场、力场和温度场进行分析计算。

通过改善绕组安匝分布，结合适当的电磁屏蔽措施来控制绕组漏磁路径，以对变压器绕组漏磁场进行最优化调整，使得绕组短路电动力发生值达到最小。

（2）根据结构要求设置单独的调压绕组，严格控制高压绕组、低压绕组、调压绕组的轴向尺寸，使各绕组的磁中心相互一致，达到减小短路轴向力发生值的目的。

当调压绕组辐向尺寸较小时要采用“赶紧”工艺保证绕组辐向紧实，并用无纬带绑扎外围的纸筒。

（3）以绕组自支撑理论为基础，根据结构需要选择半硬铜导线或自粘换位导线；将绕组直接绕制在刚度好的硬纸筒上（硬纸筒厚度可以为4mm、5mm、6mm，并通过预烘干工艺有效控制其尺寸收缩）；绕组线饼辐向尺寸采用“0”裕度设计，对绕组出头、换位弯折的绝缘薄弱部位进行绝缘加强和可靠绑扎（对不同结构绕组规定了不同的绑扎方法）；螺旋式绕组端部线匝拉平改善端部磁场分布，并保证出头绑扎紧实；必要时使用外撑条增加绕组线饼的轴向稳定性。

这些措施的采用使绕组本身就完全具备了抵抗短路电动力作用的能力。

（4）将铁心圆整化。

传统结构中绕组内部纸筒与铁心柱之间仅在心柱边棱的有限部位接触，而这些接触部位不一定与绕组内撑条处于同一半径上，从而降低了绕组内部支撑的可靠性。

通过使用硬质绝缘材料将阶梯状铁心柱圆整化，使绕组内撑条得到可靠支撑，大大提高了绕组的辐向座屈强度。

（5）增加绕组内支撑数量。

绕组内部支撑的数量，对内绕组辐向稳定性有重要影响。

在内绕组承受较大径向短路力作用的情况下，通过增加绕组内部支撑撑条数量，不仅减小了线匝弧段的跨距，而且提高了绕组圆整度，这些都有效提高了内绕组承受径向短路力作用的能力。

当绕组两撑条之间间距大于60mm时加临时撑条绕制，避免导线出现多边形。

（6）在精确计算绕组短路轴向力基础上进行变压器器身结构件（压板、托板、拉板、拉带等）设计，保证将绕组可靠压紧。

必要时采用弹簧压钉结构，以在变压器整个运行过程中使绕组具有可靠的轴向压力，保证变压器短路状况下的绕组轴向动稳定性能。

（7）改进工艺措施对绕组进行稳定性处理。

线圈绕制时采用轴向、辐向压紧装置，保证线饼绕制紧实；对绕组进行恒压干燥处理，并在压装过程中反复调整绕组高度，使各绕组在规定压力下的尺寸达到设计要求；绝缘垫块全部倒角，并进行预密化处理（压力达80～100Mpa），这些措施都保证了变压器运行过程中绕组轴向尺寸的稳定。

（8）器身分相预套装。

线圈套装的传统工艺是在大气环境中进行，由于套装时间长，器身绝缘件受潮严重，在套装完毕器身干燥过程中，绝缘件尺寸收缩较大，导致绕组与各结构件之间出现间隙。

分相预套装恒压干燥工艺是先将通过恒压干燥处理的各绕组以每相为一个单元完成套装，并对预套装后的相绕组再次进行恒压干燥处理（单个绕组恒压干燥——分相整体组装——相绕组二次恒压干燥，由于各绕组单独进行恒压干燥时的单位压力相同，并在此压力下调整绕组高度，这样就可以保证分相组装后的各个绕组同时得到有效压紧），然后再将三相相绕组分别套装在各自的铁心柱上，这样就可以缩短绕组和其它绝缘部件在大气中的暴露时间，降低绝缘件吸潮率，保证在后续器身干燥过程中绝缘件尺寸变化不大，从而可以使绕组套装更加紧密，提高其动稳定性能。

（9）在保证各绕组本身尺寸准确的基础上，还要在套装过程中保证纸筒与铁心之间、各绕组之间、绕组与其它结构件之间配合紧实（每层围屏都要在收紧带围紧后检查其周长），保证各绕组之间具有很好的同心度和磁中心重合度。

通过在绕组组装过程中采取的一系列工艺措施，使各部件绑紧撑实，达到在变压器短路过程中各部件不会窜位或失稳变形的目的。

（10）绝缘部件在原材料、半成品、成品保存以及随器身装配的各个阶段都采取了严格规范的密封保管措施，避免出现不可控制的绝缘件吸潮膨胀变形或尺寸变化。

如绝缘纸板、垫块、端圈、纸筒等放在专用密封干燥空间内保存，严格控制干燥结束后的器身在大气环境中的暴露时间等。

（11）适当加密引线固定间隔，将引线固定部件采有锁紧防松结构，以对引线进行可靠夹持，保证在短路条件下的变压器引线具有足够的机械强度。

（12）为了改善绝缘压板的受力状况，采用加大压钉与绝缘压板接触面积的措施，并在装配完成后先用油压装置进行器身预压紧，然后再拧紧压钉，在绕组压板与铁轭之间打入楔子紧固锁死，保证压板均匀受力，以承受绕组短路轴向电动力的作用。

（13）为满足变压器运输过程需要，器身采用六面刚性定位措施，使得其在油箱内部得到充分固定，保证变压器在规范运输条件下（冲撞加速度不超过3g），器身不发生移位、变形或损伤，满足现场不吊心检查、修理的需要。

（14）有效控制铁心夹紧力。

铁心夹紧全部使用液压装置控制夹紧力，按心柱主级宽度计算的单位压紧力不小于0.2MPa。

铁心采用粘带绑扎机绑扎，单层绑扎拉力≥1250N，确保铁心可靠绑扎紧实。

控制铁心柱垂直度＜0.4%，以保证绕组套装的垂直度。

根据需要，在变压器制造过程中采取适当措施，完全能够满足变压器在短路状态下不损坏的要求。

我公司110kV、50MVA电力变压器成功通过国家质检中心的短路强电流冲击试验，充分说明了上述措施的有效性。

5、防止变压器渗漏油的措施

变压器可能存在的渗漏油现象，既给用户带来了麻烦，也给产品制造企业造成了损失。

通过对变压器的防渗漏技术的系统研究总结，我们认为主要应该从产品结构、加工工艺、组件选用、安装技术、检查试漏、工人责任心等方面采取措施来防止变压器渗漏油现象的发生。

1．结构上保证

（1）各连接法兰均采用不透螺孔结构；密封部位开槽或增加限位护框使对接法兰刚性连接，防止胶垫过压失效；对法兰密封部位进行精加工，保证其表面光洁度和平整度，各种机加工密封面不允许锤铆磕碰；各种法兰适当加厚，防止法兰变形而影响密封性能；所有法兰均内外施焊，尽量使焊缝容易焊接操作。

这些措施都能避免从连接螺孔、密封部位或焊缝处发生渗漏的可能。

（2）适当增大箱沿厚度，或是加大箱沿刚度，以防止箱沿变形；提高箱沿平面度要求（用1m钢板尺测量平整度＜0.2%），增加箱沿限位方钢（控制波浪度＜+0.2mm），防止胶垫过压失效。

根据需要采用双密封结构，外圈胶条既可以作为密封的第二道防线，又可以有效隔开外部环境等对内层胶条的侵袭，使内部密封圈弹性寿命得以延长。

必要时还可以根据用户要求将上下节箱沿焊死，这些措施都有效改善了箱沿的密封效果。

（3）充分考虑试漏方便，避免出现交叉焊缝；保证与管接头配合的箱盖或箱壁开孔尺寸，尽量减小二者的配合间隙；将箱壁钢板拼接位置错开加强铁位置，必要时在加强铁上开出缺口以使密封焊缝外露，方便加压检漏或补漏操作。

（4）对于强油导向冷却变压器，将导油盒设置在变压器内部，减少了密封焊缝长度，降低了渗漏可能性。

适当加大密封垫厚度，增加密封材料的弹性变形量。

（5）对于容易发生渗漏的套管型电流互感器，将升高座壁适当加厚，并在专用平台上进行焊接操作。

C.T.引出端子采用新型环氧树脂整体浇注结构，防止密封不良产生渗漏。

2．采用先进工艺、加强管理提高焊接质量

（1）严格焊接工艺、规范焊接工艺参数。

钢板对接采用埋弧焊与CO2气体保护焊等先进焊接方法，保证焊缝不间断、焊线美观。

（2）所有管接头与法兰盘对装配焊，确保各连接件顺利装配。

采用专用胎具进行散热器管接头等的对装焊接，并定期校验对装胎具，保证对接尺寸满足装配要求。

各半成品或成品结构件均严格按工艺规范进行试装，结构连接部位不允许强拉硬掰勉强安装。

（3）对焊工每半年进行一次定期培训考核，焊工必须持培训合格证后才能上岗操作；关键焊缝由高级焊工施焊，并保留记录各焊缝相应的操作者，以明确责任。

定点采购优质碱性焊条，焊条、焊药烘干处理后在保温箱内保存，防止焊缝开裂。

3．严格试漏检验工艺

（1）对于关键焊缝，在进行油箱整体试漏前，先进行着色试漏——利用煤油的渗透性能和红白颜色的反差，来检验是否存在渗漏点。

（2）我公司油箱转序前采用的整体试漏工艺如下：

配电变压器油箱打水压试漏。

将油箱注满水，在水面（一般高出顶盖）上加20～50kPa的压力，维持试漏时间不小于2h。

容量8000kVA及以上的变压器油箱全部采用气压试验。

将内部充于50～60kPa压力的空气，外刷肥皂水进行检漏，充气时间不小于8h。

（3）对装配完成的变压器进行一定油压、一定时间的整体试漏。

在试漏之前要擦净变压器表面的所有污渍，以发现渗漏点。

配电变压器在油面上加20～50kPa的气压，维持试漏时间不小于12h，且残余压力不小于初始压力的70%。

容量8000kVA及以上的变压器，电压等级≤110kV时利用8m油柱试漏24h不得渗漏；电压等级≥220kV时利用12m油柱试漏24h不得渗漏。

（4）加强责任管理。

油箱整体试漏考核壳体车间焊接工序；变压器成品试漏考核壳体车间试漏工序；再发生渗漏考核装配车间试漏工序，责任落实到人。

4．材料、部件选用与管理

（1）密封材料必须经公司质量控制部门认可后定点采购；密封件严格按公司内控标准进行检查；密封件的保管、运输与安装均严格按工艺规定进行；装配时控制密封件压缩量不超过其原始厚度的1/3，以延长胶垫的弹性寿命。

（2）尽量选用宽幅钢板减少焊缝拼接数量；下料时将钢板边缘存在缺陷的部分裁去，避免因为可能的夹渣缺陷而导致渗漏。

（3）所有外购组件生产厂家必须由公司质量部门审核认可；外购组件均按公司内控标准进行严格进厂检验，发现存在渗漏隐患的组部件一律不许用在产品上，并要求供货商限期进行整改；全部组件均随变压器本体进行试漏，对于存在渗漏隐患的阀门、片式散热器等部件一律更换。

5．现场指导安装

（1）指派有丰富经验的安装技师对各密封部位进行最后调整检查，保证法兰受力均匀无变形，密封胶垫均匀压缩到规定尺寸。

（2）在运输前将变压器本体及其组部件可靠固定，防止磕碰变形。

现场指派专业安装技师进行操作，或检查指导变压器的安装，保证装配质量达到规定要求。

（3）完善本体及其组部件的安装使用说明书，做到产品安装使用说明书与产品结构及公司的内外安装方法相一致。

加强售后服务，产品投运后不定期对用户进行回访，积极主动与用户配合指导产品维修与调试，对现场出现的渗漏问题及时加以解决。

6、变压器局部过热控制

变压器温升直接影响产品使用寿命，而可能存在的局部过热，对变压器安全运行带来了隐患。

变压器温升决定于损耗的大小和散热条件的改善，无论是降低损耗，还是提高冷却性能，都可以降低变压器温升，避免局部过热的发生。

1．绕组温升计算

（1）首先通过绕组漏磁场有限元分析技术，精确计算绕组各部分的损耗分布。

（2）利用先进计算机仿真技术进行绕组热性能设计。

根据冷却器结构和管路布置，计算出包括绝缘系统在内的整个油路系统的压力—流量特性，该特性曲线与油泵压力—流量特性曲线的交点即为油泵工作点。

根据油泵工作流量，就可以准确计算绝缘系统内部各个部位的油流速度，此速度即作为绕组温升计算的依据，而且规定油流速度不超过50cm/min，以免引起油流带电。

（3）根据绕组损耗分布和油流分布，即可以计算绕组内部的温升分布。

（4）当绕组温升不满足设计要求时，通过调整绕组内部油流导向结构，或是采取其它分流措施，改变绕组内部油流分布，从而控制绕组温升分布。

2．防止局部过热

（1）变压器内部局部过热，一般是由于某一部位的局部损耗过高所引起，随变压器容量的加大，该问题将逐渐凸现出来。

（2）对于容量较大的变压器，在杂散损耗准确分析的基础上，确定可能存在的局部过热点，然后有针对性地采取电磁屏蔽措施，降低局部损耗密度。

（3）将各接地部件可靠接地，减小接地电阻，避免由于可能存在的循环电流所引起的局部过热。

保证铁心磁路单点接地，避免多点接地导致的局部过热。

（4）通过绕组漏磁场分析，采取磁屏蔽措施，减小绕组端部的横向漏磁，避免绕组端部温升过高。