摘要：本文从厂用变压器结构与性能出发，分析了各制造工艺环节对变压器主要性能参数的影响，提出厂变绕组、铁心、器身及油箱在工厂监造的关键点，把好质量关，保证厂用变压器到现场后能安全、稳定、经济运行。
关键词：厂用变压器；制造工艺环节；性能参数；监造关键点
AbstractThe paper analysis the factor of UAT workmanship to performance parameters according to the UAT structure and functions，propose the key to factory surpervision of the UAT coilings，iron core，core and winding assembly，and fuel tank. It is the good quality that ensure the transformer to the scene to security，stability，and economic operation.
Keywords：UAT，Workmanship，Performance parameters，The key point of supervision
1.前言
某电厂厂用变压器采用高压有载调压、低压辐向双分裂式运行方式，铁心结构为三相三柱式，采用进口的高导磁、晶粒取向冷轧硅钢片全斜接缝叠成，无孔绑扎心式结构。油箱采用钟罩式结构，下节油箱为盆形油箱，箱盖采用平顶结构。本文根据厂变的结构和生产工艺，结合制造中出现的问题案例，提出了变压器重要结构件的质量控制关键点，对工厂关键工序实施重点监督，把好质量关，以确保产品投入运行后，能安全、稳定、经济运行。
2.厂变的制造工艺流程简介
变压器的基本结构主要包含铁心、绕组、油箱、器身和附件五大部分。厂变的生产制造可分为以下几条生产线，即油箱制造、线圈绕制、铁心叠装、器身、引线装配及总装配。厂变制造工艺流程简图如图1所示。
图1-制造工艺流程简图
监造人员对变压器的设计、加工、制造、储运、材料采购、装配及试验等重要形成过程、关键部件的质量控制实行全过程驻厂跟踪检查监造，尤其对影响变压器性能参数的工序列为监造重点，保证变压器满足现场使用要求，结构与性能参数符合技术或标准要求。
3.绕组结构、工艺与性能参数的关系及监造关键点
变压器绕组是构成其电路部分的核心，与外界电网直接相联，也是变压器的“心脏”，为保证绕组的质量，除了必须从设计、材料采用方面保证外，制造过程中也须加强工序质量控制的完工检验。
3.1、厂变绕组的结构特点与性能
厂用变压器绕组结构为高压有载调压，低压辐向分裂式结构，两个低压绕组额定容量和额定电压都相等，两支路之间没有电气联系仅有较弱的磁联系，且两低压绕组之间有较大的阻抗。厂变绕组排列如下图2所示，以A相绕组结构为例示意。
a. A相绕组排列示意图 b. A相绕组俯视图
图2-绕组排列图
厂用变压器长期运行中，绕组的电气强度、损耗、机械强度及发热散热对其运行的可靠性都有一定影响。绕组的电气强度是确保其绝缘能承受住额定电压形成的电场的长期作用，要承受住瞬时的大气过电压或操作过电压，取决于它的绝缘结构设计与制造质量。损耗有直流电阻损耗和附加损耗，制造中损耗主要与导线材质和绕制方式有关。机械强度主要为了保证变压器能承受住突发短路的电动力作用，在制造过程中受绕组的结构、轴向压紧力及组装工艺影响。短路阻抗大小与变压器的材料成本、效率、机械强度、抗短路能力及并联运行、系统稳定性及供电质量有密切的关系。
3.2、厂变绕组监造的关键点
从制造工艺来看，绕组制造的主要工序有线圈绕制、压装、真空干燥，线圈组装四个主要工序。每台厂变共12个绕组，两台厂变绕组同时绕制，且油箱和铁心也在制造过程中，监造人员必须抓住关键工序中的重要参数与结构进行质量监督，图3是各工序影响变压器性能的关系图。
图3-绕组制造工艺与性能参数因果图
铜耗主要是在绕组自身导体中的直流电阻损耗和附加损耗，附加损耗主要为漏磁场在绕组导线内的涡流损耗。直流电阻损耗为I2R，与绕组直流电阻有关，涡流损耗与导线的材质有关，与电阻率成反比，而与漏磁通密度、频率及导线沿绕组辐向的厚度的平方成正比，其计算如下公式1。可见材质已定的情况下，影响涡流损耗的只有导线沿绕组辐向的厚度a，所以关于铜耗，在检查导线材质报告的前提下，绕制过程中检查各绕组辐向尺寸是监造的关键点。
（公式1）
短路阻抗决定了变压器在系统短路时短路电流的大小，分裂变压器优点是分裂阻抗较大，能有效限制低压侧短路电流，缺点是制造工艺复杂，半穿越阻抗值在极限分接下差别较大。绕组制造过程中对影响短路阻抗值的因素必须重点监督。根据轴向漏磁分布图的短路阻抗计算方法，可看出哪些工艺环节影响短路阻抗值，其计算方法如下公式2。
短路阻抗计算公式：
， （公式2）
式中：f为频率（Hz）；
I为额定电流（A）；
N为绕组总匝数；
et为每匝电势（V）；
HK为绕组平均电抗高度（cm）；
ρ为洛式系数
；
λ为该绕组的径向尺寸（cm），
图4 一组绕组间轴向漏磁分布图
ΣD为漏磁组的等值漏磁空道面积。
可见，短路阻抗值与绕组匝数、高度、径向尺寸、漏磁组的等值漏磁空道面积有关，而等值漏磁空道面积ΣD又与绕组的安.匝、绝缘厚度、辐向尺寸、平均半径有关。由于绝缘垫块、撑条位置不符合工艺要求及压紧力不够等因素对线圈尺寸也有影响。因此，监造时必须根据结构参数控制表重点监督线圈绕制、压装及组装工序。
绕组的机械强度主要为保证其能承受住突发短路的电动力的作用，除在设计上保证外，在工艺上的保证也尤为重要。变压器线圈中绝缘的可压缩性及线圈S弯处的间隙是线圈本身内部的薄弱点，因此所有S弯处均应用成型驼背垫块将空隙填实。绕组绕制紧实、导线排列整齐、撑条垫块的位置准确、线圈干燥前后压装力是否到位是监造绕组机械强度性能的关键点。线圈组装是将每相线圈低压II、调压、高压、低压I进行套装，同时进行绕组间的主绝缘和绕组端部绝缘装配，所以同相绕组间的绝缘纸筒厚度、撑条位置、端绝缘尺寸与位置、线圈出头绝缘包扎厚度是否根据设计图纸正确装配是绝缘性能监造的重点。厂变的主绝缘采用绝缘纸板制成的纸筒和油组成的油-隔板绝缘，绕制时油道分布，垫块位置也是监造关键点，且保证油路畅通，使其冷却效果不受影响。线圈绕制完成之后必须检查匝数和测量其直流电阻是否符合设计要求。
综上所述，绕组监造时必须从以下几个方面考虑，如绕组电气绝缘强度、损耗、机械强度及绕组的发热与散热等，影响上述性能的质量缺陷必须在工厂内处理完毕。一期工程四台厂用变压器电气绝缘强度、损耗及温升试验结果均在控制范围之内，但极限分接位置短路阻抗值超标，主要原因为制造商计算不准所致。
4.铁心叠装质量的监造关键点
铁心主要在变压器中构成一个闭合的磁路，同时是安装绕组的骨架，对变压器的电磁性能和机械强度极为重要，它的制造质量直接影响到变压器的性能和运行可靠性。
4.1、铁心叠装质量与变压器性能的关系
铁心的绝缘和变压器其他绝缘一样重要，绝缘不良，将影响变压器的安全运行，铁心的绝缘主要有铁心片间绝缘和铁心片与结构件的绝缘，片间绝缘可减少涡流损耗。铁心片与结构件之间必须有良好的绝缘，且铁心必须是一点接地。空载损耗绝大部分发生在铁心内，所以铁心的散热结构必须合理布置，以增加铁心散热面，改进冷却效果。
铁心叠装质量与性能参数关系图
图5-铁心叠装质量与性能参数关系图
变压器噪声主要由本体振动和冷却装置振动产生，而本体振动主要由铁心振动引起，铁心振动的两个因素，一是硅钢片磁致伸缩引起的铁心振动，属正常现象，二是铁心接缝处磁力线畸变和铁心中磁通分布不均引起的铁心振动，属铁心装配质量问题。
4.2、铁心叠装过程中监造的关键点
由于空载损耗与硅钢片材质、叠片厚度有关，首先对铁心原材料进货检验报告进行审查，保证矽钢片电磁性能满足要求。为防止铁心附加损耗增加，铁心片间绝缘破坏、纵剪卷料毛刺与端面破裂、矽钢片波浪及镰刀弯等缺陷必须在叠装过程中消除。为保证铁心散热效果，监督铁心油道两端厚度应保证一致，油道畅通。由于厂变铁心为三相三柱心式，片形的规格较多，绑扎和夹紧要求较高，为保证铁心的机械强度能承受住短路电动力的作用，其紧固件的位置、扎带节距、厚度和数量应检查符合图纸及工艺要求，铁心下铁轭中梯形垫块每级阶梯与铁心接触面应大于60%。由于线圈套装在铁心柱上，铁心直径、铁窗高度偏差应符合工艺要求，每级叠厚应与图纸相符，铁心叠装工序关键控制参数符合工艺要求。当铁心叠装、夹件与绝缘件放置固定、紧固包扎、涂胶工序完成，铁心起立后，上、下夹件对铁心及铁心对地的绝缘测量是铁心叠装工序完成时的必检项，以确保铁心电气绝缘性能满足要求。
5.器身、引线装配监造的关键点
器身工序将绕组套进铁心柱，同时完成绝大部分主绝缘装配，铁心纸板筒是低压绕组II对铁心的主绝缘，绕组上下端绝缘垫块是绕组对上下铁轭的主绝缘，变压器主绝缘性能好坏与套装质量也有着直接关系，所以绝缘筒尺寸厚度必须符合图纸要求。另外，绕组套装及撑条包扎时，应始终保持绕组撑条和纸筒间的油隙撑条在一条直线上，确保油道畅通。绕组套装完成后，上铁轭叠片质量必须符合工艺要求，应测量铁心片对夹件的绝缘电阻，所有接地必须牢固可靠。
引线装配的主要工作是导线焊接、绝缘包扎及接有载开关，引线装配质量好坏会影响器身的电气性能、绝缘的可靠性。引线装配前后的中间试验，是检查器身是否存在匝间短路、短路、引线接错、焊接不良、导线材质不好、绕组套错等问题。由于引线的绝缘尺寸和绝缘距离根据变压器工频耐压试验电压决定设计，所以引线装配时，其主纵绝缘的质量、尺寸、距离是监造的重点。器身干燥处理后下箱前的整理检查是器身全部质量的最后一次检查，重点应检查外绕组匝绝缘有无损伤，铁心和绕组有无变形扭曲情况，零部件、垫块及引线夹持是否受干燥时绝缘收缩影响发生移位或松动。罩上节油箱前后，全面检查铁心的绝缘状况。局部放电量在一定程度取决于绝缘的干燥程度，为防止绝缘表层吸潮，器身出炉后下箱前的整理、压紧到注油的时间监督也是监造关键点之一。
6.油箱制造过程中监造的关键点
由于大型变压器中含气量和含水量对变压器的质量具有很大影响，为保证变压器油中含气量和含水量不超过标准规定，变压器注油时均要对油箱内部抽真空，同时保证变压器油箱能承受正常运行时的压力，所以油箱必须有足够的机械强度。下图是影响油箱密封性和机械强度的制造因素图。由于油箱的长、宽、高与外部绕组、铁心柱中心距、长轴方向绕组与油箱的间隙、铁心窗高等有关，为保证绕器身与油箱间的主绝缘距离，油箱的结构和尺寸必须与设计一致。
图6-油箱质量因果关系图
密封渗漏与焊缝渗漏是影响油箱密封性的两个主要原因，密封面的质量，如上下节油箱密封槽、升高座及联管密封法兰、储油柜外壳焊缝质量都是密封渗漏检查的主要内容。焊缝渗漏油通常为焊接加工问题，如气孔、裂纹等贯穿性缺陷，尤其立焊、横焊等位置的焊缝比平焊位置的焊缝容易出问题。由于厂家进货钢板尺寸有限，钢板的拼接是不可避免的，制造时既有横向拼接，也有纵向拼接，应监督避免十字焊缝接头，以防发生脆裂从而导致漏油。油箱机械强度和密封性试验也是油箱监造的关键点。
7.总结
变压器制造中存在的大量缺陷无法在出厂试验中检出，加强全过程监造，及时发现质量缺陷，使潜伏性缺陷在出厂前予以处理，是监造的关键环节。工厂监造不但要重视出厂试验，还应结合实际对变压器的结构，生产工艺，检验方法等进行监督，使变压器更可靠，更符合现场要求。总之，对关键工序实施重点质量监督，把好产品的出厂质量关，以确保产品投入运行后. 能够安全、稳定、经济运行。
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[6]三门核电有限公司，厂用变压器运行安装于维护手册
论文作者:脱秀林
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
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