第一篇：節(jié)能、環(huán)保型樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的描述

節(jié)能、環(huán)保型樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的描述

一、概述

近十幾年來，樹脂澆注絕緣干式變壓器在國內(nèi)得到迅猛的發(fā)展，廣泛應(yīng)用于城市供電系統(tǒng)、高層建筑、商貿(mào)廣場、旅館飯店、娛樂中心、地鐵、電氣機(jī)車、機(jī)場、港口等防火防爆的場所和高污穢、高溫、潮濕的環(huán)境。

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展需要大量低損耗低噪聲的節(jié)能環(huán)保型變壓器產(chǎn)品。為了適應(yīng)市場和用戶的需求，開發(fā)損耗更低、噪聲更小、可靠性更高的干式變壓器是勢在必行的。

變壓器是電力系統(tǒng)中進(jìn)行電壓變換的設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于輸變電領(lǐng)域。由于使用量大，運(yùn)行時(shí)間長，所以變壓器在選擇和使用上都存在著巨大的節(jié)能潛力。據(jù)有關(guān)資料介紹，在電力系統(tǒng)的損耗中，電力變壓器約占電力系統(tǒng)總損耗的20~25，其中，中小型變壓器損耗則占系統(tǒng)全部變壓器總損耗的40~50。因而降低電力變壓器的損耗，特別是降低整個(gè)供配電系統(tǒng)中所占比例較大的配電變壓器損耗是節(jié)約電能、降低電網(wǎng)損耗率的最有效途徑。

2000年初，在國家經(jīng)貿(mào)委和國家發(fā)展計(jì)劃委員會(huì)聯(lián)合公布的《節(jié)約用電管理辦法》中明確指出，要加速變壓器的更新改造，推廣節(jié)能型變壓器。這是我國政府第一次將變壓器的節(jié)能發(fā)行工作列入相關(guān)的法律法規(guī)中。

國家電力公司也準(zhǔn)備出臺(tái)《配電變壓器能效及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價(jià)導(dǎo)則》，以使電力用戶更好的選用合適的變壓器。

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展。市場和廣大用戶迫切需要價(jià)格不高，而損耗和噪聲更低的節(jié)能變壓器產(chǎn)品。由于損耗低就意味著成本增加，因此，各變壓器制造廠商紛紛進(jìn)行研發(fā)在成本略微增加的情況下，損耗和噪聲更低的新產(chǎn)品。2001年以來推出的sc10系列干式變壓器產(chǎn)品，其空載損耗比sc9低10％，負(fù)載損耗比sc9低5％，成本增加了10左右。同時(shí)，國內(nèi)有少數(shù)廠家試制了s11型油浸式卷鐵心變壓器，其空載損耗和空載電流比國家標(biāo)準(zhǔn)低30和70以上，變壓器噪聲也相應(yīng)降低了許多。干式變壓器也推出了采用真空壓力浸漬和nomex紙制造的h級干式變壓器。雖然它具備了很多優(yōu)點(diǎn)，但與環(huán)氧樹脂澆注式比較，在抗短路能力和雷電沖擊過電壓波的分布及基準(zhǔn)沖擊絕緣水平等方面不如環(huán)氧樹脂澆注式，且主要原材料依靠進(jìn)口，成本過高。因此在我國干式變壓器市場中所占份額很小。

二、技術(shù)的先進(jìn)性及創(chuàng)新性：

作為變壓器生產(chǎn)廠家，隨著新材料、新工藝的不斷應(yīng)用，不斷研制和開發(fā)了各種結(jié)構(gòu)形式的節(jié)能變壓器。其中，樹脂澆注絕緣卷鐵心變壓器就是目前較好較突出的一種節(jié)能型變壓器品種。再加上卷鐵心變壓器具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)，所以無論在國際上還是在國內(nèi)市場上都有一定的競爭力。它將成為電力系統(tǒng)和廣大用戶選用的主要產(chǎn)品之一。

目前，國內(nèi)外尚未發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)氧樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的廠家，我公司早在2000年就開始構(gòu)思并進(jìn)行研制。現(xiàn)已成功的制出試品，樣機(jī)已于2003年8月通過了武漢高壓研究所的例行試驗(yàn)、型式試驗(yàn)和特殊試驗(yàn)。其技術(shù)指標(biāo)和性能參數(shù)優(yōu)越。

從節(jié)能的角度講，該產(chǎn)品的空載損耗、空載電流和負(fù)載損耗比國家標(biāo)準(zhǔn)低30、70和20％以上。

從環(huán)保的角度講，變壓器噪聲也比國家標(biāo)準(zhǔn)降低了30以上。由于樹脂澆注絕緣干式變壓器廣泛用于城市供電系統(tǒng)、高層建筑、商貿(mào)廣場、旅館飯店、娛樂中心、地鐵、居民小區(qū)等人口稠密地區(qū)。噪聲水平的高低，嚴(yán)重影響著人民群眾的生活環(huán)境。樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的噪聲比疊鐵心干式變壓器的噪聲更小。噪聲水平由60分貝以上降到48分貝以下，極大的改善了人們的生活環(huán)境。

樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器現(xiàn)已獲得國家專利。

三、市場前景

“十五”計(jì)劃西電東送的實(shí)施，電力工業(yè)和城市現(xiàn)代化建設(shè)的不斷發(fā)展，都需要大量的干式變壓器。由于樹脂澆注絕緣干式變壓器已在國內(nèi)使用了十幾年，贏得了廣大用戶的贊同和認(rèn)可。而sc11-r系列低損耗、環(huán)保型樹脂澆注絕緣干式變壓器是在sc9系列樹脂澆注絕緣干式變壓器的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出的新一代節(jié)能產(chǎn)品。其技術(shù)性能參數(shù)大大優(yōu)于sc9系列產(chǎn)品，節(jié)能效果顯著，噪聲低，價(jià)格僅略高于sc9。是具有世界先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先水平的新型、節(jié)能、環(huán)保型產(chǎn)品和替代sc9系列變壓器的先進(jìn)產(chǎn)品。因此，供電部門和客戶十分關(guān)注并對該產(chǎn)品特別感興趣，市場前景可觀。

四、樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的關(guān)鍵技術(shù)問題

早在2000年，當(dāng)s11型油浸式卷鐵心變壓器剛研制成功，開始進(jìn)入市場時(shí)，我公司就提出在具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)的卷鐵心的基礎(chǔ)上開發(fā)樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的設(shè)想并立即進(jìn)行研制。

sc11-r系列低損耗、環(huán)保型樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的技術(shù)方案是在電磁場理論分析，高電壓技術(shù)、電場分布和主絕緣的電氣強(qiáng)度及高電壓試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)外高新技術(shù)及材料的現(xiàn)狀進(jìn)行設(shè)計(jì)的。其電磁計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝、制造中的難點(diǎn)已經(jīng)解決。迄今為止，目前國內(nèi)已能制造生產(chǎn)卷鐵心的各種設(shè)備，也有專門生產(chǎn)卷鐵心的專業(yè)廠家。因此，首先要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題是怎樣使用專用的卷鐵心繞線機(jī)在封閉的卷鐵心（可以是帶外框的雙框式卷鐵心，也可以是立體排列的三框式卷鐵心。其截面無論是階梯型還是r型及復(fù)合型均可）上用無氧銅導(dǎo)線繞制好高、低壓線圈，如何研制各種繞制線圈的輔助工藝裝備和特殊的澆注高、低壓線圈的模具。最終解決在鐵心和線圈已成為一個(gè)整體的情況下，用環(huán)氧樹脂對線圈進(jìn)行真空澆注以及高、低壓線圈固化后如何拔出澆注的模具等。這就是制造樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器的關(guān)鍵所在。

五、樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝

1、卷鐵心的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝 1）、卷鐵心的結(jié)構(gòu)形式：

卷鐵心分平面卷鐵心和立體卷鐵心（也稱三角形卷鐵心）兩種類型。

平面卷鐵心結(jié)構(gòu)形式有環(huán)形卷鐵心（如圖1所示）和框式卷鐵心（如圖2所示）。其中框式卷鐵心分為平面排列的單框、雙框（包括帶外框的雙框）和四框式三種。

立體卷鐵心結(jié)構(gòu)形式是按三角形立體排列的三框式卷鐵心。三相帶外框的雙框式卷鐵心和立體卷鐵心的實(shí)體圖如圖3所示。

環(huán)形卷鐵心一般用在小容量單相變壓器、接觸式調(diào)壓器及互感器鐵心中。單、雙框式卷鐵心一般用在單相變壓器鐵心上。

帶外框的雙框式，四框式及立體排列的三框式卷鐵心主要用于三相變壓器鐵心。

圖3框式平面卷鐵心和立體卷鐵心排列結(jié)構(gòu)形狀實(shí)體圖

目前生產(chǎn)三相油浸式卷鐵心電力變壓器的廠家普遍使用的是帶外框的雙框式卷鐵心變壓器，只有少數(shù)廠家生產(chǎn)立體排列的三框式卷鐵心變壓器。

我公司研制的樹脂澆注絕緣卷鐵心干式變壓器可以是帶外框的雙框式卷鐵心，也可以是立體排列的三框式卷鐵心。2）、卷鐵心與疊片式鐵心相比在結(jié)構(gòu)上有下列特點(diǎn)：

疊片式鐵心有接縫，每個(gè)接縫附近有一個(gè)磁通的高飽和區(qū)，它是鐵心能量的高損耗區(qū)；而卷鐵心是用成卷硅鋼片經(jīng)縱剪開料卷出一定寬度的條形卷料，在特制的鐵心卷繞設(shè)備上，經(jīng)過特殊的卷繞工藝卷繞而成的無接縫卷鐵心。沒有氣隙和高損耗，噪聲低。卷鐵心與疊片式鐵心結(jié)構(gòu)見圖5所示。疊片式鐵心在剪切加工、搬運(yùn)、疊裝等過程中，受到夾具、工位器具的沖擊、碰撞、受壓、摔打等多種機(jī)械作用及熱應(yīng)力作用，使疊片式鐵心的內(nèi)應(yīng)力增大；而卷鐵心加工過程受上列因素影響較小，內(nèi)應(yīng)力增大不明顯。疊片式鐵心和線圈需用夾件緊固；而卷鐵心所用的夾件主要是夾緊線圈而不是鐵心，從而有效的提高了線圈的抗短路能力，防止線圈在短路電動(dòng)力的作用下發(fā)生變形。同時(shí)，減少了附加損耗。

卷鐵心在生產(chǎn)線上直接進(jìn)行繞制，不需橫剪設(shè)備。也不需人工疊片、疊裝、拆插上鐵軛。其高、低壓線圈用特種繞線機(jī)繞在鐵心柱上，不用套裝工序，器身裝配只需軸向緊固線圈。這樣不僅消除了由硅鋼片疊裝、鐵心裝配、拆插上鐵軛等過程造成的鐵心質(zhì)量的波動(dòng)，也避免了線圈套裝過程中導(dǎo)線絕緣的損壞。而且生產(chǎn)工序大為簡化，比生產(chǎn)同樣的疊片式鐵心變壓器可減少4～5道工序。因此，卷鐵心變壓器生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。在工藝上，卷鐵心變壓器還有下列兩個(gè)特點(diǎn)

鐵心退火處理工藝。是卷鐵心變壓器必須的工序和關(guān)鍵的工藝，決定了卷鐵心的技術(shù)性能。卷鐵心變壓器的空載損耗之所以很低，除設(shè)計(jì)原因外，嚴(yán)把退火處理工藝是其主要原因所在。鐵心真空浸漆工藝。鐵心經(jīng)真空浸漆固化成一個(gè)整體后，不僅可以提高鐵心的機(jī)械強(qiáng)度，而且可大大降低變壓器的噪聲，這就是卷鐵心變壓器抗短路能力強(qiáng)，噪聲小的原因之一。由于卷鐵心變壓器與傳統(tǒng)的疊片式鐵心變壓器的結(jié)構(gòu)和工藝流程不同，獨(dú)具風(fēng)格。因此，卷鐵心變壓器具有比同容量等級的疊片式鐵心變壓器的空載損耗小、勵(lì)磁電流小、噪聲小，加工工序少、省材料的優(yōu)點(diǎn)。例如，平面排列的s11型卷鐵心變壓器與新s9型疊片式鐵心相比，其空載電流下降70～80，空載損耗下降30～45，噪聲水平下降7～10分貝，硅鋼片利用率可達(dá)99以上，節(jié)省硅鋼片10～15；立體排列的s13三角形卷鐵心高效節(jié)能變壓器，其空載損耗、負(fù)載損耗、空載電流、運(yùn)行噪聲與新s9型疊片式鐵心相比，分別下降了44、7、90和13db。而與s11型標(biāo)準(zhǔn)相比，在不增加材料成本的情況下，空載電流和運(yùn)行噪聲分別大大下降。

由此看來，隨著卷鐵心變壓器結(jié)構(gòu)的不斷創(chuàng)新，制造工藝的不斷提高和成熟，中小容量的卷鐵心變壓器必將有更大的發(fā)展。

2、線圈制造和澆注的工藝

線圈制造的工藝過程打破了傳統(tǒng)的疊鐵心線圈繞制工藝。由于卷制的鐵心為封閉型，因此在繞線時(shí)，繞組骨架筒和帶卡口的齒輪圈被設(shè)計(jì)成兩個(gè)半圓部分。骨架筒與齒輪圈在鐵心的心柱上裝成一體，在專用的卷鐵心繞線設(shè)備上連續(xù)繞制低、高壓線圈并進(jìn)行絕緣處理。它采取了相應(yīng)的有效措施，主要是加強(qiáng)線圈的層間絕緣，注意安匝平衡，采用新型層間接線，改善線圈電場分布。同時(shí)應(yīng)用新型氣道槽，保證其主絕緣距離和滿足散熱的要求。帶外框的雙框式卷鐵心的線圈繞制時(shí)根據(jù)繞線機(jī)的結(jié)構(gòu)按鐵心柱的順序進(jìn)行繞制。先繞制旁邊的鐵心柱，再繞中間的鐵心柱，然后繞制另一邊的鐵心柱。低壓線圈一般采用雙層圓筒式。繞制時(shí)先粘接好用樹脂制作的骨架筒。再按圖紙要求做好起頭并固定在夾具上，然后開始繞制低壓線圈。層間和換位處用絕緣材料墊平。有氣道時(shí)，應(yīng)按圖紙要求放置氣道槽，并綁扎平整。線圈繞制好后，彎好出頭也固定在夾具上。在繞制過程中，應(yīng)對骨架筒、首層線或氣道槽的內(nèi)、外徑進(jìn)行檢測和記錄，及時(shí)調(diào)整直至符合圖紙要求。包扎好外絕緣后，低壓線圈就繞制好了。檢查無誤后，按圖紙要求放置高、低壓間的主空道氣道槽。用絕緣材料填平后綁扎平整。主空道氣道槽和線圈內(nèi)的氣道槽應(yīng)按圖紙要求在線圈制造前先用模具制好后備用。

按圖紙要求開始繞制高壓線圈，線圈的層間和端部絕緣處用絕緣材料墊平。出頭和各分接頭按圖紙所示位置正確排列。然后包扎好外絕緣。焊好出頭和各分接頭。本公司生產(chǎn)的產(chǎn)品是薄絕緣結(jié)構(gòu)。線圈的內(nèi)外絕緣均為2mm左右，有著良好的散熱效果。

在封閉的卷鐵心上繞制好高、低壓線圈后，裝好夾件、墊腳、輔助夾具等鐵心零件。將變壓器吊出繞線設(shè)備后豎立起來。

裝好特殊的澆注高、低壓線圈的模具后，同卷鐵心一起，送入引進(jìn)德國hedrich公司的真空澆注設(shè)備中進(jìn)行真空干燥。同時(shí)，由環(huán)氧樹脂及配料經(jīng)澆注生產(chǎn)線自動(dòng)計(jì)量、混料、攪拌、真空脫氣后在真空狀態(tài)下按規(guī)定的澆注工藝從線圈底部對線圈進(jìn)行真空澆注，將線圈包封起來。再送入烘爐中按規(guī)定的加熱固化曲線進(jìn)行固化。

線圈采用了新型的優(yōu)質(zhì)絕緣材料增強(qiáng),用純樹脂在真空狀態(tài)下加壓注入，再按規(guī)定的技術(shù)要求固化成型。線圈經(jīng)固化成型后，在繞組的層間、段間、匝間均能浸透樹脂。導(dǎo)線和絕緣材料緊密地結(jié)合，形成堅(jiān)固的剛體結(jié)構(gòu)。環(huán)氧樹脂和玻璃纖維形成鋼筋混凝土那樣堅(jiān)固的玻璃鋼，具有高強(qiáng)度的機(jī)械性能和良好的電氣性能，有著良好的動(dòng)、熱穩(wěn)定能力。而且樹脂和其他絕緣材料固化形成的復(fù)合絕緣熱膨脹系數(shù)和繞組中所用的銅的熱膨脹系數(shù)兩者基本接近。不存在變壓器運(yùn)行中由于熱脹冷縮而產(chǎn)生的繞組導(dǎo)體與絕緣材料之間的機(jī)械應(yīng)力，從根源上消除了龜裂現(xiàn)象。

采用f級隔離變壓器或h級的絕緣材料和樹脂可分別制造f級或h級的干式變壓器。

線圈固化并自然冷卻后，經(jīng)脫模、打磨整形、器身裝配、引線焊接、總裝配、成品試驗(yàn)、外觀處理等工序，產(chǎn)品檢驗(yàn)合格就可以出廠了。信息來源：干式變壓器http://