干式变压器结构设计与制造工艺分析

干式变压器结构设计与制造工艺分析

林剑明

广州西门子变压器有限公司

摘要：随着我国电力技术的突飞猛进以及工业制造水平的日益提升、创新发展，干式变压器因其低噪音、低损耗、维护成本低、性能更稳定的特点被广泛应用在各种电力工程配送系统领域。本文主要探讨干式变压器结构设计与制造工艺，以为设计及制造变压器时缺陷预防和降低变压器能量损耗提供一些参考。

关键词：干式变压器；结构设计；制造工艺

引言

干式变压器是一种不需要变压器油来进行工作的变压器类型，干式变压器更高效、清洁卫生，使用面积大，在电力系统中受到了大家的高度重视。随着我国电网建设范围的扩大和用电量的增加，干式变压器在电力系统中的数量也在不断的增加。不仅如此，干式变压器的使用性能也随着电力发展要求的提高得到了更高的优化。虽然干式变压器的使用能够有效的降低电力运输过程中的电能损耗，但变压器本身工作过程中产生的能量损耗仍旧在整个电力系统中占据着较大的比例。据统计，电力系统中来源于变压器的电力损耗占10%。在全国用电背景下，10%的电量损耗所造成的经济损失也是一笔较大的数目。研究干式变压器结构设计及制造工艺的优化对降低电力系统经济损失有着重要的意义。

一、结构设计要点及优化

从理论上分析,干式变压器与传统变压器在工作原理、基本结构等方面均类似,不管那种类型的变压器的核心部件--铁心均是采用相同的材质。这两种类型变压器也就在绝缘材料、冷却介质材质的选择上各有侧重。故而干式变压器与传统油浸式变压器在优化设计的方面大同小异，唯一不同的是在铁心直径、电压比、绝缘材料的选择等方面在合理选择与不同型号干式变压器相匹配的通用件和标准件，并在标准要求的技术上，使用与之相适应的干式变压器设计软件对内部结构设计及制造工艺加以优化。

（一）干变压器结构分析

干式变压器主要由硅钢片组成的铁芯和环氧树脂浇注的线圈组成，高低压线圈之间放置绝缘筒增加电气绝缘，并由垫块支撑和约束线圈，其零部件搭接的紧固件均有防松性能。

（二）内部结构重要部件的设计优化

1.铁芯

铁心是干式变压器中重要的磁路部件。一般有含硅量较高，厚度为 0.35/0.3/0.27 mm等三个规格，且表面均匀涂抹绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装或绕制而成。[1]铁心主要由铁心柱和横片两部分组成。铁心柱体需套绕组，需要利用横片对磁路进行闭合。设计铁心时必须精准确定铁心柱直径参数，因为铁心直径参数确定后原、副绕组的匝数也随之确定了。换而言之，干式变压器的主体性能、结构尺寸等也随之尘埃落定。不过在确定的铁心直径参数，时必须首要综合衡量所需干式变压器的容量、短路阻抗、损耗值等性能参数指标要求。再者,要考虑到干式变压器的铁心几乎是用薄硅钢片叠成的多级圆内矩形截面,故而此界面级数越大则该界面越趋近于圆面积。设计中通常把多级矩形的几何截面积与圆面积的比值称为铁心的空间填充系数，而该系数的值又与铁心的设计息息相关，因此在设计时必须要对该系数进行优化取值。

2.绕组。绕组是干式变压器的电路部分，它是用双丝包(纸包)绝缘扁线或漆包圆线绕成。绕组的结构决定于变压器的容量、额定电压和使用条件。。在设计绕组时，应注意以下问题：（1）线圈缠绕应均匀紧密；（2）绕组的绝缘型式尽量选择浸渍式或树脂绝缘式。（3）结合需求选择合适的绕组的型式：连续式绕组、螺旋式绕组、双螺旋式绕组、层式绕组等。（4）干式变压器绕组的导电材料以用铜线或铝线居多，铜的机械强度比铝高，电阻系数比铝小，铝的价格比铜低，因此变压器采用铜绕组或铝绕组时必须考虑这些特点，通常高压绕组采用漆包扁铜导线，低压绕组采用铜箔线圈。

3.合理确定电压比较核

结合干式变压器需要并联运行的特点,必须合理确定并联运行的仪器之间的电压比较核。[2]基于此，设计时第一步即是要对计算出的高低压绕组匝数进行严格的核定,以判断电压比较核是否符合技术规范要求。为避免制造或试验变压器时因存在误差而造成危险，在设计整体的计算时,务必要确保预设的电压为容许偏差数值的一半,以保证使用安全。
4.优化选择绝缘材料
对于F级等特殊干式变压器而言,因其平均的温升速度快于普通型号干式变压器，故而在设计时可将其电流密度设定为较高数值，以缩小变压器外观尺寸；或者使用NOMEX纸、玻璃丝带、环氧树脂等材质作为绝缘材料,提高变压器运行的可靠性。

二、主要制造工艺要点改进

（一）铁心截面优化

在同一铁心直径下，优化增加铁心截面积利用率，可大幅降低材料成本，同时可以缩小产品体积，降低产品重量。在制造中要对铁心生产进行进行改造，缩小其填充系数，减小非不必要铁心截面积。

（二）改进绕线工艺

绕组导线尽可能采用辐向多股导线，轴向均为绝缘导线，在绕制加工环节增加换位，尽量减少绕组涡流耗损、环流耗损及单匝线宽，提升铁窗填充率。[3]

（三）改进制造模具

对同一规格的干式变压器零部件采用专模专用，并根据不同性能要求的变压器采用不同的浇筑工艺，尽量避免采用各部件齐头并进的浇筑成型方式，严格把控制造质量。

三、结语

综上所述，干式变压器在电力系统实践应用中的价值与其结构设计及制造工艺密切相关。干式变压器结构设计及制造工艺中的缺陷不仅会造成其使用的安全，而且还会加大干式变压器使用过程中的电能损耗。为提高干式变压器的使用价值，应根据现有各类型干式变压器普遍存在的使用缺陷，对变压器铁芯、绕组、绝原材料等重要部件的缺陷在设计及制造工艺环节予以改进创新，以进一步优化其性能，提升经济效益。

参考文献：

[1]马江峰，许甜田，孟凡生，等.从运行维护角度浅谈变压器结构设计[J].电工电气，2018(7)：66-67，73.
  [2]赵鹏刚.主变压器的工艺制造和质量控制研究[J].自动化应用，2018(1)：104-105.
[3]韩秀龙.变压器制造新材料与生产工艺研究论述[J].科技风，2017(7)：192.