干式变压器低压线圈端部浇注材料混合方式改善

干式变压器低压线圈端部浇注材料混合方式改善

牛祥波

（广州西门子能源变压器有限公司 广东 广州 510530）

摘要：干式变压器是一种重要的电力设备，具有广泛的应用。低压线圈是干式变压器的重要组成部分，端部浇注式低压线圈是比较常见的低压线圈制造方式之一。本文研究了干式变压器低压线圈端部浇注料的混料方法，重点介绍了浇注树脂和固化剂材料的混料过程和控制要点，提出了一种自动化混料的方案，为高质量和高效率的完成浇注料的混合，提供了解决办法。

关键词：干式变压器；低压线圈；端部浇注；自动混料

Abstract: Dry-type transformer is an important electrical equipment and has a wide range of applications. Low voltage winding is an important part of dry-type transformer, and the end casting type of low voltage winding is one of the more common manufacturing methods. In this paper, the mixing method of casting material at the end of low voltage coil of dry transformer is studied, the mixing process and control points of casting resin and curing agent materials are emphatically introduced, and an automatic mixing scheme is proposed, which provides a solution for the mixing of casting material with high quality and high efficiency.

Key word: Dry-type transformer; low voltage winding; end casting; automatic mixing

0前言：

干式变压器是一种电气强度、机械强度和耐热强度很高的变压器，由于其出色的安全、环保等特点，被广泛应用于高层建筑、电站、机场、商业中心等要求防火、防爆、防潮的重要场所[1]。在干式变压器的主体结构中，低压线圈是重要的组成部分，其生产制造工艺，以及其电气和机械性能，对整台变压器的性能和可靠性具有重要影响。对端部浇注式的低压线圈而言，其端部浇注材料的混合质量，直接影响到变压器的性能和可靠性。然而，传统的手工混合方式存在混合不均匀、一致性差和效率较低等问题。因此，研究一种低压线圈浇注料自动混料设备对于提高干式变压器低压线圈浇注料混料质量和产品生产制造效率具有重要意义。

1. 低压线圈端部浇注的目的

端部浇注式低压线圈是比较常见的干式变压器低压线圈生产制造方式之一，其生产过程通常是：利用低压线圈绕线设备，将导体（铜箔或铝箔）和层间绝缘按层式结构，卷绕到绕线模上。根据设计图纸绕制完成后，将线圈从绕线设备上卸下，然后运输至低压线圈浇注区域，将线圈竖立，对线圈端部进行浇注封堵，待端部浇注料固化后，翻转低压线圈，对线圈的另外一个端面进行浇注封堵。

低压线圈端部浇注过程是将混合均匀的浇注材料浇注到线圈两侧的端部，充端部的浇注槽和空隙，使线圈端部与外部环境隔离，实现端部的密封和保护，使其具有良好机械和电气性能，能够适应变压器的运行环境条件[2]。

    低压线圈端部浇注具有以下作用：

    （1）能够有效地填充线圈端部的空隙，提高端部的密闭性。

    （2）能够形成较好的密封和保护，防止线圈端部受潮、腐蚀等影响。

    （3）能够提高变压器的电气性能和可靠性。

    （4）具有较高的端部抗压能力。

2. 低压线圈端部浇注材料的混料方式

低压线圈端部浇注材料一般使用双组份树脂系统[2-3]，A组份为树脂和石英粉的预混料，B组份为固化剂和石英粉的预混料。根据材料技术说明书的要求，按照规定的配比将A、B组份的预混料充分混合，并在规定的时间内浇注到低压线圈端部的浇注槽内。由于A、B组份材料均为预混合料，在运输和储存过程中，组份中的石英粉会产生沉降，造成单组份材料中的密度不均匀。因此，为保证配比的准确性，在进行A、B组份配比混料前，必须将A、B组份材料分别搅拌均匀，然后再按照配比比例要求进行混合。

2.1.手工混料

人工手动混合过程一般为：

（1）提前将原材料从仓库领出，将树脂桶和固化剂桶倒置存放。

（2）打开桶盖前，上下左右分别摇动树脂桶和固化剂桶，防止沉淀。

（3）打开桶盖，使用工具对材料进行充分搅拌，直到每种材料自身混合均匀。

（4）分别对A组份和B组份材料取样，使用密度测量仪或密度杯测试两种材料的密度，确保两种材料分别混合均匀。

（5）根据配比比重，分别称取适量重量的A组份和B组份材料，人工混合并搅拌均匀。

以上人工手动混合方式，每次混料的时间受材料的沉降程度影响，操作时间会有些许不同，但总体而言，整个过程持续时间长。由于浇注材料原料成分存在对人体有害的挥发性化学成分，操作过程中必须佩戴安全防护用品。

2.2.自动化设备混料

由于人工手动混料费时费力，且混合材料的质量受人工操作影响，因此，本文介绍一种自动混合低压浇注树脂材料的设备，该设备具有以下功能：

（1）自动搅拌树脂和固化剂预混料。

（2）自动将原材料输送到储料罐内。

（3）自动按配比比例混合材料。

（4）实时在线监控配比比例，自动对错误报警并停止混合。

使用该设备进行自动混料的操作过程为：

（1）提前将原材料从仓库领出，打开桶盖，将树脂桶和固化剂桶置于设备上料站。

（2）操作设备按钮，启动原料站搅拌功能，直至搅拌均匀；

（3）分别对A组份和B组份材料取样，使用密度测量仪或密度杯测试两种材料的密度，确保两种材料分别混合均匀。

（4）操作设备按钮，将搅拌均匀的材料输送至设备的储料罐；

（5）操作设备按钮，接取设备自动混合的浇注料。

    使用自动化设备混料，原材料在整个处理和混合过程中都在密闭的容器中，极大降低了化学品暴露的时间，减少人工接触的机会，可明显改善现场工作环境和操作员工的健康。

3. 自动混料设备的结构和控制方案
   1. 设备结构系统[4]

图1：自动混料设备系统图

图1中各设计单元的设计功能为：

上料站；用于树脂预混料和固化剂预混料的料桶上料和搅拌。为避免原料桶内材料因沉淀造成的密度不均问题，新的料桶包装材料进入上料站之后，在使用前必须对料桶内的材料进行充分的搅拌。在将原材料输送到储料罐前，必须对原料站的材料取样测试，确认原材料是否搅拌均匀，只有混合均匀的原材料才可以被输送到储料罐。为提高设备的生产效率，建议原料采用大桶包装材料，避免因频繁更换料桶而造成的频繁的密度测试工作，可大幅降低人工工时。

输送泵：用于将搅拌均匀的原材料从料桶输送到材料储料罐。

储料罐：用于储存搅拌均匀的原材料，配有搅拌电机和搅拌桨，持续不断的对储存罐内的材料搅拌，防止材料沉降。储料罐配置有液位计，当储料罐内的材料不足时，通过控制系统，在原料站材料密度均匀的前提下，自动从原料站输送加料到储料罐，保证储料罐内始终有材料供生产使用。当液位计探测到储料罐内的液位低于低液位时，设备发出报警并停止混料。

计量泵：由伺服电机控制的计量泵，可按照设定的配比比例准确输送树脂预混料和固化剂预混料。计量泵采用陶瓷制成的活塞和套筒结构，耐磨耐用，维护成本低。

质量流量计：安装在计量泵和静态混料器之间，实时在线监控计量泵输出的材料重量是否与理论输出重量存在偏差，当偏差超出设定值后报警并停止生产。该功能部件实时对设备运行过程进行诊断，避免运行过程中的异常导致的A、B组份材料配比错误，可极大的降低生产质量风险。

静态混料器：实现A、B组份材料的最终混合。静态混料器是两种材料混合是否均匀的关键功能部件，必须保证混料器内的混合路径长度。同时，混料器直径越小，材料的混合越充分，但混料管径越小，会导致混料器内的压力就会越大，所以，必须根据材料的参数、混料的速度、静态混料器的直径和长度综合考虑，选取合适的静态混料器。

3.2.设备控制方案

    设备由PLC控制，通过触摸屏的人机界面，以及设备上布置的开关按钮等设计，达到方便操的目的。

    操作人员可通过人机界面窗口实现对设备的控制操作和对设备运行状态的查看，主要包括：

（1）显示工艺流程图，显示各设备电气单元运行状态；

（2）对各搅拌电机、气动阀、电磁阀的控制参数的设置；

（3）对各搅拌电机、气动阀、电磁阀的控制；

（4）工艺配比等工艺参数的设置和修改；

（5）故障报警提示，以及故障点、故障时间等有关信息；

（6）维护信息自动提醒；

（7）提供生产时间、操作员、使用胶料记录等生产报表等。

为方便操作，可在设备取料口设置混料开关，可根据需要设置定量取料或点动控制取料等不同模式，操作者根据生产情况选择不同的操作模式。

4. 总结

用于干式变压器低压线圈端部封堵的浇注料通常采用人工手动搅拌的方式进行材料的混合，该方式工作效率低，材料混合质量存在配比错误的风险。为提高生产效率和混料质量，提出了使用设备自动混合低压浇注材料的方案。经实际对比，一批次浇注9个容量为2000kVA的低压线圈，使用人工手动搅拌混合材料，花费人工工时约60分钟。而使用自动混料设备，在使用原材料为大包装料桶的情况下，仅需人工工时不到5分钟，由此可见，自动混料设备可大幅提高生产效率。同时，自动混料设备配置质量流量计等过程监控仪器和系统，可实时在线监控材料的配比过程，消除人工混料导致的配比错误，可显著提升生产质量。

参考文献

[1] 余涛 唐国保 徐承业. 干式电力变压器技术与应用［M］.北京:中国电力出版社，2008.6；

[2] 顺特电气有限公司. 树脂浇注干式变压器和电抗器［M］.北京:中国电力出版社，2005.9；

[3] 陈平 刘胜平 王德中. 环氧树脂及其应用［M］.北京:化学工业版社，2011.6；

[4] 广州西门子能源变压器有限公司. 物料混合系统［P］. 中国 2021218261730，2021-08-05。

作者简介:牛祥波(1985)，男，广东工业大学机械设计制造及其自动化专业本科毕业，机械助理工程师，长期从事变压器生产制造技术工作。

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