某供货商变压器主要技术特点.docx
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某供货商变压器主要技术特点
某供货商变压器主要技术特点
a、提高抗短路能力措施
1概述
对于超高压电力变压器来说，由电磁力所引起的绕组中的机械应力非常巨大，同时，由于绕组的直径变大而使其刚度降低，使保证绕组在短路过程中的稳定性变得更加困难。
我公司对大量的全尺寸模型及超高压特高压变压器产品进行了研究试验及理论研究，总结出一整套的经验及方法，编制一系列的计算软件，对于短路过程中的短路电流、绕组中的应力、绕组中的温度以及绕组的机械强度给予精确的计算，以保证变压器在短路过程中的安全性。
由于综合考虑导线的辐向力的作用使绕组产生残余变形，从而降低变压器的主绝缘强度。
因此，有必要把绕组视为一个机械系统，尺寸、导线和绝缘材料的机械特性等因素，来准确计算绕组的变形。
对于辐向受压的绕组，需考虑其机械强度及动力稳定性。
机械强度考虑最大弯曲及压缩应力的合成，通过与不同温度下的许用应力的比较，来确定绕组机械强度的安全性。
由于轴向电动力可能对绕组夹紧结构产生巨大的冲击力，并有可能使导线在轴向失稳，因此有必要准确计算绕组线饼所受的轴向压力、轴向位移、对夹紧结构的作用力以及必要的压紧力。
2提高抗短路能力关键技术
1）变压器线圈中短路电流及漏磁场的计算
A.短路电流的计算（软件名称：
TOK）
根据绕组的布置、绕组的几何尺寸和绕组的电气支路连接表，可计算并联导线间的电流分布、绕组截面电流分布、多绕组变压器多个绕组短路时绕组中的电流，绕组发生内部故障时绕组中的紧急电流。
软件计算时考虑了支路中的电流和电路节点电压、数个电压源和电流源、外部有功—感应元件（电网，发电机，补偿器等的阻抗）等。
B.变压器线圈中漏磁场的计算（软件名称：
MPO）
将绕组分成数个恒定安匝密度区域，按照芯柱、铁轭及油箱镜像的二维模式计算磁场，给出每个绕组每个线饼上磁通密度的轴向与辐向分量。
2）变压器绕组的机械强度、刚度及稳定性分析计算（软件名称：
ELDINST）
A.为保证绕组动稳定性所采取的方法：
——换位导线中单根线的胶合保证短路时轴向电磁作用下绕组的高抗倒伏强度，增加绕组导线在幅向和轴向弯曲力矩影响下的抗弯强度。
——根据动稳定计算结果，选用强度合适的铜导线。
保证了变压器的短路下的电动稳定性。
——绕组的压紧系统可以保证变压器在整个运行期间其绕组上的压力恒定，这样保证了变压器在整个运行期间保持高的电动稳定性。
——使用最先进的绕组动稳定性计算软件（ELDINST2.0软件），此软件建立在VIT研究所三十多年的实践经验上，在大比例模型和实际变压器上进行试验，软件得到了验证。
使用软件可以优化变压器结构，准确计算结构件，绕组短路时的机械力。
B.ELDINST2.0软件的计算结果：
选择最严重的短路状态计算电动稳定性，此状态下绕组和结构件中产生最大的力。
按照七个标准评价绕组动稳定性计算结果（取决于绕组型式，绕组排列，作用力方向，
K1——幅向力作用下绕组强度安全系数；
K2——幅向力作用下绕组刚度安全系数；
K3——幅向力作用下绕组稳定性安全系数；
K4——轴向电动力作用下导线抗弯曲强度安全系数；
K5——幅向电动力作用下导线抗弯曲强度安全系数；
K6——绕组导线抗倒伏稳定性安全系数；
K7——轴向力作用下绕组强度安全系数。
软件计算绕组轴向振动动态过程中的轴向力，同时考虑到了超高压变压器绕组的固有振动。
C.辐向电动力作用下内绕组的抗失稳强度
经过大量的变压器实体与模型的短路试验和理论研究，得出如下的观点：
a.轴向压紧力对内绕组的辐向失稳有非常大的影响。
b.导线的辐向尺寸与内绕组的辐向失稳强度接近线性关系，即：
，而不是平方关系。
c.在变压器的短路情况下，不考虑支撑对内绕组辐向失稳强度的支撑作用影响。
d.铜导线作为塑性材料并基于变压器运行时的绕组温度来考虑。
绕组在不同的运行温度时的强度不同，温度越高，强度下降。
基于以上观点，在计算辐向电磁力作用下的绕组电动稳定性时，确定导线径向截面中的平均应力，及辐向方向上导线的变形。
根据这些应力和变形，通过与屈服点极限值和允许辐向位移相应的比较，来检验辐向上绕组的强度和刚度，并计算保证绕组辐向稳定性的轴向压紧力。
D.导线的抗弯曲强度
在计算导线在受轴向和辐向电磁力时的抗弯强度时，确定单根导线中的由轴向和辐向电磁力引起的最大弯曲力矩，考虑到单根导线的平均应力，计算轴向和辐向弯曲时的极限允许弯曲力矩。
通过轴向和辐向电磁力引起的最大弯曲力矩与相应的极限允许弯曲力矩的比较，检验绕组导线在辐向和轴向方向上的抗弯强度。
图1为导线受力的示意图。
图1导线受力示意图
E.绕组的轴向电动力分布
根据图2所示建立绕组的动力学模型，夹件、拉件、压板、端绝缘简化为端部弹簧，其质量简化为端部质量，绕组中线饼简化为质量，饼间垫块简化为弹簧，为了模拟绝缘材料在变压器油中的特性，把其视为具有迟滞阻尼特性的非线性弹簧。
图2绕组轴向动力学模型
以线圈压紧力作为初始受力状态，各线饼所受的电磁力（短路时间的函数）作为载荷，可计算出各线饼在任一短路时刻所受的轴向压力、线饼轴向位移及作用在上、下压紧结构上的最大应力。
图3给出了线饼在短路过程中运动轨迹。
time
图3线饼在短路过程中随时间传移情况
F.绕组线饼的轴向抗倒伏强度
导线在轴向上的倒伏状态如图4所示，经过大量的变压器实体与模型的短路
图4线饼的轴向倒伏示意图
试验和理论研究，得出如下的观点：
（1）把线饼在轴向上的倒伏也视为一种失稳状态，线饼中各匝由各匝间绝缘的
摩擦力而具有一定的联系。
（2）对于饼式线圈，线饼的抗倒伏强度与径向受力基本无关，但对于螺旋式线
圈，线饼的抗倒伏强度需要考虑径向受力的因素。
（3）绕制线饼的松紧度对导线的抗倒伏强度有很大的影响，线饼绕制的越紧，
各匝间的摩擦力变大，其抗倒伏强度越高。
3试验验证
乌克兰变压器研究所（VIT）抗短路能力的研究不仅仅局限在理论的研究上。
曾对一系列的模型、样机及实物进行了短路验证试验。
通过短路试验的产品如下：
序号
变压器型号
容量（MVA）
电压等级（kV）
试验单位
1
电站用三相辅助变压器
40
35
RCHVA
2
单相牵引变压器
10
25
AREI
3
三相双绕组变压器
10
110
RCHVA
4
三相三绕组变压器
25
110
RCHVA
5
三相三绕组变压器
40
110
RCHVA
6
三相三绕组变压器
63
150
RCHVA
7
三相三绕组变压器
80
110
RCHVA
8
三相电炉变压器
160
110
HPTS
9
三相三绕组自耦变压器
125
220/110
HPTS
10
220kV电网突发负荷转换运行的专用三相变压器①
100/200
220
HPTS
11
单相换流变压器②
175
500/750
OSC“VIT”HPTS
12
单相换流变压器③
320
500/400
OSC“VIT”HPTS
13
单相换流变压器③
320
500/750
OSC“VIT”HPTS
14
三相发电机用变压器
666
500
HPTS
注:
①除了用双倍电流冲击做的30万次常规的短路承受试验
②除了用屏蔽故障击穿可控硅的一次常规短路承受试验
③采用一种新的方法——变压器两侧同时激磁做试验
缩写：
AREI—全俄罗斯电工协会，俄罗斯、莫斯科
RCHVA—“高压设备研究中心”股份公司，俄罗斯、莫斯科
HPTS—全俄罗斯电工协会分会高压试验站，俄罗斯
其中320MVA，750kV换流变压器为全世界仅有的实际验证过的750kV变压器的短路强度试验。
667MVA，500kV变压器为国际上通过突发短路试验最大容量的产品，这些能够承受强度试验的设计数据及制造经验，全部有效地使用在产品制造上。
4提高产品抗短路能力的措施
4.1设计阶段
●采用从乌克兰VIT引进的专用软件对变压器在实际运行过程中各种短路情况进行全面计算。
并考虑最严重的运行情况，例如对三绕组变压器低压绕组按高压系统和中压系统，两侧同时接电源，低压三相短路的条件进行短路电流计算。
●利用VIT的计算机计算分析软件，不仅能对整体线圈产生的径向力、整体线圈的轴向力进行解析，而且对线圈中的每一个单元由于短路电流形成的电磁场而产生的电磁力进行精确计算，分别计算轴向力、幅向力及合成力。
可以对线圈中各垫块所承受的压力进行计算，从而能采取措施对线圈各段间垫块所承受的力进行控制。
●采用VIT软件，对器身上所有的结构件（如拉板、拉带、夹件、压板等）强度进行计算，并采用已得到试验验证的结构。
●对于每个线圈的端部，由于该处的电磁场同时存在着轴向和径向两个分量，对其轴向力、辐向力及合成力进行计算。
●对每个绕组所需压紧力进行详细计算，并通过详细的技术要求保证每个绕组得到所需的压紧力。
●按照VIT已通过试验验证的计算程序对普通导线，复合导线、换位导线所能承受的轴向抗倒伏强度进行计算校核。
因此，一系列的方法和措施，最大程度的对线圈的失稳进行定量的分析。
从而提高变压器自身的抗短路能力。
4.2导线选用
A．根据导线应力计算结果，选用强度合适的铜导线、热固性的自粘性换位导线。
B．对超高压变压器的低压绕组，采用热固性自粘性换位导线。
自粘性导线的表面涂履有一层热固化性树脂，加热处理后，树脂自行固化，形成十分坚硬的桶体。
采用自粘性换位比导线普通换位导线机械强度要提高2-3倍，使导线线匝自身具有良好的抗失稳能力。
自粘性换位导线的使用可以看作抗短路的“主保护”，而铁芯支撑则作为“后保护”，这样彻底保证了线圈的稳定和可靠。
4.3变压器结构
A．在绕组上下部采用整体大压板，具有足够的强度和刚度。
合理调整绕组安匝分布，减少短路时轴向电动力。
B．铁芯柱园整化，在铁芯台阶处加不等内径的撑杆，加强对内部绕组的径向支持。
C．铁芯的上下夹件、拉板、下部垫脚、上部横梁，形成一个牢固的框架。
D．内绕组内衬高强度硬纸筒，根据计算结果，适当增加内外撑条数目。
E．加强对线圈出头绑扎，对出头进行固定。
F．对螺旋式线圈采用自粘性换位导线。
G．采用合理的引线夹持结构，保证引线具有足够的机械强度，特别是对大电流引线的夹持消除悬臂梁。
4.4主要工艺措施
A．绕组绕制采用带张力拉紧装置的立绕机绕制，提高绕组的张紧度。
消除每根导线间的间隙，提高抗倒伏强度。
B．采用恒压干燥。
C．严格控制安匝分区，并按安匝分区调整各绕组的轴向高度。
D．铁芯芯柱采用乌克兰VIT技术制造的铁芯绑扎机进行绑扎。
E．对器身干燥采用三次干燥工艺使垫块充分收缩。
F．在各道工序对绕组高度进行调整，使每个绕组得到所需的压紧力。
G．器身总装配时采用德国进口液压缸，按计算要求的压紧力，对器身进行压紧。
5我公司通过突发短路试验的产品
序号
产品型号
试验地点
时间
1
ZGS11-Z.F-2200/35
武高所
2013
2
ZGS11-Z.F-1600/35
武高所
2011
3
SFZ8-31500/110
虎石台
1996
4
SFZ9-31500/110
虎石台
1998
5
SFZ10-50000/110
虎石台
2000
6
SZ10-3150/35
虎石台
1998
7
SH11-315/35
虎石台
1998
8
S9-1000/10
虎石台
1998
9
S9-800/10
虎石台
1998
10
DXB（W）-10/0.4-500
武高所
1997
11
ZGS9-Z-315/10
虎石台
2000
12
S9-200/10
武高所
2002
13
SFPSZ10-120000/220
虎石台
2002
14
SZ11-40000/110
虎石台（荷兰KEMA）
2004
15
SZ11-63000/110
虎石台
2011
16
SFSZ11-240000/220
虎石台
2012
b、降低局放措施
特变电工衡阳变压器有限公司在设计、制造工艺、原材料选用，生产、试验及现场安装等方面重视局放问题，并采取措施将局放值降低到最小程度。
变压器的局部放电问题与许多因素密切相关，其主要影响有几个方面：
1）变压器设计结构；
2）制造工艺；
3）生产环境；
4）原材料质量
我公司在整个生产中针对上述几个方面，通过严格的质量保证体系保证产品的高质量。
1、设计结构方面
局部放电产生的原因是由于绝缘结构中存在着一些弱点，这些弱点既可以在结构设计时产生，也可以在制造过程中产生，不良的设计和制造导致电场过于集中，在该电场集中的地方，就有可能使油隙产生局部放电或沿固体绝缘表面放电，甚至导致固体绝缘击穿。
为了避免变压器结构设计时出现的局部结构电场集中，我们采取专门的电场分析软件，对变压器进行优化设计，严格控制各结构部位的局放电压下电场强度值，使其不超过产生局部放电允许的场强值。
无论是高压电极还是对地电极包括它们周围的绝缘材料，只要某处场强值超过了出现局部放电的最小场强，就可能导致局部放电发生。
另外，若在操作过程中引起结构件或绝缘的破坏，也能造成局放量过大。
针对设计结构方面引起的局部放电问题，我们采取了以下几点措施：
1.1、对变压器新结构、新尺寸产品的电场较高区域由进行详细计算，按局放试验电压下的场强校核绝缘结构和距离。
1.2、改善线圈端部电场的分布，避免产生电场集中，降低局放量。
1.3、对于在操作或转运过程中，绝缘容易受到损伤的部位和场强较大的部位，主要是线圈出头根部，大量采用成型绝缘件以保护绝缘不被伤害，同时也增加绝缘强度。
1.4、通过对高压出头采用特殊圆整化措施，极大地降低了局放量。
通过对地电极形状的改进，如对夹件、法兰和出线盒壁边缘圆整化等措施都起到了降低局放的作用。
1.5、对处于高场强区域内的绝缘块的边缘尖角进行圆整化处理，即“绝缘电极圆角化”降低了其表面电场强度和局放量。
1.6、在绝缘结构设计时充分考虑抽真空和注油时气流的畅通性，避免由于局部窝气而造成的局放量大。
1.7、采用新结构的磁屏蔽，其外部为绝缘纸板包裹，且保证一点接地，避免了多点接地或悬浮电位引起的局放量大。
2、制造工艺
制造工艺在局放的控制中占很重要地位，如果由于制造原因使金属部件带有尖角、毛刺或者绝缘件混进杂质等，就会造成电场分布发生畸变，场强升高产生局部放电。
另外由于工艺处理不当如干燥不良、真空度不够等均会使绝缘油含气量、含水量超高而产生局部放电。
针对上述问题，我们采取以下措施：
2.1、严格遵守油箱及导线焊接工艺，保证接头、焊点无尖角和毛刺；
（全封闭全空调车间，杜绝降尘，净化环境）（冷压焊工艺）
（产品部件圆化处理）
2.2、确保绝缘件表面光滑，我公司自行设计制造出了绝缘件加工倒角机、铣边机和去毛机等专用设备。
2.3、绝缘压板和处于高场强区的绝缘垫块等保证边角圆整化。
2.4、采用真空注油工艺，对真空注油的真空度、油温和注油速度进行严格控制，产品在总装工序要用真空泵抽真空。
2.5、引线焊接采用冷压焊工艺、减小了制造中金属粉尘的产生和扩散，进而降低局部放电量。
3、生产环境
只有清洁的环境才能制造出高质量的产品，为净化产品，确保低局放，本公司铁芯、线圈、绝缘件、装配均在全空调、全密封、无尘、净化的车间进行生产。
3.1、做好厂房和工作场地的净洁工程，绝缘、线圈、铁芯和总装车间的空调间的降尘量控制在15mg/m2d以内。
3.2、线圈、绝缘件、硅钢片和器身半成品的存放、运输期间必须进行覆盖。
3.3、清理线圈、铁心、器身等部件时只许用大功率吸尘器，严禁用高压吹。
3.4、加强空调净化厂房出入管理，车辆进入该区域必须除尘。
3.5、加强零部件、半成品的传递、运输管理，运输器具必须干净无尘。
3.6、健全半成品、零部件交接验收手续，不净洁的半成品零部件不许进入成品车间
3.7、装配插板工序、装配引线工序在施工中，产品器身要用纸板围档，防灰尘与异物进入。
4、材料方面
4.1、我们采用优质绝缘纸板、绝缘件、成型件及国产高密度层压板。
4.2、严格控制电磁线、引线电缆、铜棒等材料的制造质量，对外协生产厂家进行质量监控。
因为采取了上述措施，我公司在解决变压器局放问题上已取得了明显的效果，我们生产的变压器局放量小于100pC。
c、降低损耗措施
1．降低空载损耗
1.1采用性能优良的高导磁低损耗硅钢片及选取合适的铁心压紧力，降低空载损耗和噪音。
1.2采用特殊的铁芯铁轭设计，铁心重量减轻，空载损耗减小。
1.3根据铁心温升计算结果，在铁心中设置油道，有效地冷却铁心。
铁心油道采用绝缘件制成降低了涡流损耗。
1.4硅钢片裁剪采用从德国乔格公司引进的最先进的具有步进裁减功能及自动堆剁功能的横剪线，在剪切时就能自动堆剁成一个芯柱。
极大减少了多次搬移硅钢片带来的损耗。
1.5采用“步进式阶梯接缝技术”且一片一叠，使铁心接缝处的磁场分布更好，降低空载损耗和噪音。
1.6采用不叠上铁轭工艺技术，减少硅钢片磨损，可以降低空载损耗7%左右。
2．降低负载损耗方面
2.1根据漏磁通分布结果，合理调整各线圈各部位的导线规格，降低涡流损耗，对于本产品线圈采用换位导线。
2.2根据漏磁计算，采用不等间距的换位间隔，降低漏磁引起的环流损耗。
2.3根据计算结果，大型变压器油箱壁加装磁屏蔽及采用无磁钢板材料的固件，控制磁场分布，降低杂散损耗。
2.4通过油流计算，采用合理的油流分布及合理的绕组分区，绕组内采用导油隔板，从而使绕组内形成曲折形油流，降低绕组平均温升及热点温升。
d、降低噪音措施
噪声来自铁芯，并通过器身、油、油箱对外传播。
同时冷却装置等附件噪声的叠加会增加噪声。
我公司已成功地生产出大量低噪声变压器，为此采取的措施有：
1．选择合适的磁通密度及高导磁、低磁致伸缩的优质硅钢片，降低噪声。
2．计算铁芯的自振频率，避开引起铁芯共振的磁致伸缩频率。
3．铁芯采用阶梯全斜步进搭接接缝技术，而且一片一叠，极大地性改善接缝处磁通分布。
降低噪声。
4．采用国际先进的德国进口乔格线剪切铁芯片，毛刺极少，且能自动堆垛成一个芯柱，减少多次弯折硅钢片破坏其磁致伸缩特性的可能性。
5．控制合适的铁芯压紧力。
6．采用引进技术，设计合理的加强铁尺寸，消除加强铁内腔的共鸣。
7．器身完全采用高抗短路强度的结构、工艺措施，避免机械噪声的传播。
8．铁芯与油箱间采用TW型隔振橡胶垫，其隔振性能远大于一般橡胶，减少铁芯噪音的传播。
9．必要时，在变压器油箱的加强铁中灌注隔声物质，加大油箱质量，减少油箱共振，增加吸声率。
10．为了减少变压器噪声从变压器油箱向外辐射，必要时，在变压器油箱外安装高效隔声板。
（普通叠积形式）（步进叠积形式）（步进式叠积图）
e、防渗漏措施
鉴于变压器在使用现场及运行过程中，有时有渗漏油现象发生，严重影响了电厂或变电所的外观形象，也严重影响了制造厂家的产品形象。
因此，我公司近年来在变压器的设计结构，制造工艺和组件的选用等方面作了大量的工作，逐渐解决了渗漏油这一老大难问题，也树立了公司产品的品牌形象。
1．改进设计结构
1.1由于传统式的槽型油箱下节箱沿比上节箱沿薄，在起吊及运输过程中容易产生变形造成渗漏油，因此我公司大型产品一律采用盆型油箱，上下节箱沿厚度统一为32-40mm，增加了箱沿的强度和刚度，避免了因箱沿变形而产生的渗漏油。
1.2对于新产品和关键产品的油箱强度，由专人用计算机进行强度校核，确保油箱强度不产生可能引起渗漏的变形。
1.3将导油盒放在油箱内部，减少了外焊线，杜绝了导油盒的渗漏油。
1.4油箱结构设计时所有结构均充分考虑方便试漏、堵漏、补焊，从结构上避免死角，避免油漏和补焊不方便，并避免焊线交叉。
1.5所有组件的连接均采用刚性连接，即在连接法兰或组件上的法兰开密封槽，并且连接密封面为光洁度较高的加工面，所有焊在油箱表面上的法兰，均采用半孔螺孔，而且经过严密计算和多次试验，严格规定了不同安装孔径法兰的密封槽尺寸及密封垫的压缩量，避免了密封垫压力不够或压力过大损坏密封垫造成的渗漏，对不同安装孔径螺栓的数量和规格也有严格的规定，从而保证法兰不会因受力不均产生渗漏。
同时增加法兰的厚度，保证法兰具有足够的刚度，避免了因法兰变形产生的渗漏。
1.6对大型组部件的支架，如储油柜的支架采用计算程序由专人进行强度校核，确保其支撑强度足够，使其与主体连接部位不受或少受剪力，并且连接处采用波纹管过渡，用以补偿变形。
1.7针对隔膜式储油柜沿可能发生渗油现象，我公司选用波纹储油柜，从根本上减小了渗油可能性。
1.8我公司与易渗漏组件的生产供应商签定了预防渗漏质保协议，公司派员进行质量监督、抽查和验收。
2．先进的制造工艺
2.1所有法兰均采用内外施焊，管接头伸入箱壁或伸入法兰内焊接。
2.2选用优质钢板做油箱，并在钢板进入车间之前进行表面予处理，发现有重皮、疵点、麻坑等缺陷的钢板不使用。
2.3钢板拼接采用亚弧焊及C02气体保护焊等先进焊接工艺，保证焊接质量。
所有与油接触的焊缝均采用内外双面焊。
并且尽可能使拼接的焊缝躲开加强铁，方便渗漏检查。
2.4采用数控切割机、液压剪刀机下料，提高工件下料精度。
2.5油箱焊装完工后进行振动时效处理，消除内应力。
2.6油箱整体组装，进行气压试漏，着色探伤。
2.7完工的油箱进行全真空强度（残压小于13Pa）试验。
2.8产品用所有组件的实物，在厂内进行模拟现场的实物演装，并且使各组件不受拉、压、扭力。
以避免运到现场后由于组件装配不正而引起的渗漏油。
2.9所有易渗漏油的组部件在厂内装在变压器本体上进行压油试验。
通过采取以上措施，我公司的产品渗漏油问题已经得到很好的解决。
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