概述:近十几年来，树脂浇注绝缘干式变压器在国内得到迅猛的发展，广泛应用于城市供电系统、高层建筑、商贸广场、旅馆饭店、娱乐中心、地铁、电气机车、机场、港口等防火防爆的场所和高污秽、高温、潮湿的环境。我国经济建设的飞速发展需要大量低损耗低噪声的节能环保型变压器产品。为了适应市场和用户的需求，开发损耗更低、噪声更小、可靠性更高的干式变压器是势在必行的。变压器是电力系统中进行电压变换的设备，被广泛应用于输变电领域。由于使用量大，运行时间长，所以变压器在选择和使用上都存在着巨大的节能潜力。据有关资料介绍，在电力系统的损耗中，电力变压器约占电力系统总损耗的20%~25%，其中，中小型变压器损耗则占系统全部变压器总损耗的40%~50%。因而降低电力变压器的损耗，，特别是降低整个供配电系统中所占比例较大的配电变压器损耗是节约电能、降低电网损耗率的最有效途径。2000年初，在国家经贸委和国家发展计划委员会联合公布的《节约用电管理办法》中明确指出，要加速变压器的更新改造，推广节能型变压器。这是我国政府第一次将变压器的节能发行工作列入相关的法律法规中。国家电力公司也准备出台《配电变压器能效及技术经济评价导则》，以使电力用户更好的选用合适的变压器。随着我国经济建设的飞速发展。市场和广大用户迫切需要价格不高，而损耗和噪声更低的节能变压器产品。由于损耗低就意味着成本增加，因此，各变压器制造厂商纷纷进行研发在成本略微增加的情况下，损耗和噪声更低的新产品。2001年以来推出的SC10系列干式变压器产品，其空载损耗比SC9低10％，负载损耗比SC9低5％，成本增加了10%左右。同时，国内有少数厂家试制了S11型油浸式卷铁心变压器，其空载损耗和空载电流比国家标准低30%和70%以上，变压器噪声也相应降低了许多。干式变压器也推出了采用真空压力浸渍和NOMEX纸制造的H级干式变压器。虽然它具备了很多优点，但与环氧树脂浇注式比较，在抗短路能力和雷电冲击过电压波的分布及基准冲击绝缘水平等方面不如环氧树脂浇注式，且主要原材料依靠进口，成本过高。因此在我国干式变压器市场中所占份额很小。二、技术的先进性及创新性：作为变压器生产厂家，随着新材料、新工艺的不断应用，不断研制和开发了各种结构形式的节能变压器。其中，树脂浇注绝缘卷铁心变压器就是目前较好较突出的一种节能型变压器品种。再加上卷铁心变压器具有独特的结构和优点，所以无论在国际上还是在国内市场上都有一定的竞争力。它将成为电力系统和广大用户选用的主要产品之一。;目前，国内外尚未发现生产环氧树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的厂家，我公司早在2000年就开始构思并进行研制。现已成功的制出试品，样机已于2003年8月通过了武汉高压研究所的例行试验、型式试验和特殊试验。其技术指标和性能参数优越。从节能的角度讲，该产品的空载损耗、空载电流和负载损耗比国家标准低30%;、70%和20％以上。从环保的角度讲，变压器噪声也比国家标准降低了30%以上。由于树脂浇注绝缘干式变压器广泛用于城市供电系统、高层建筑、商贸广场、旅馆饭店、娱乐中心、地铁、居民小区等人口稠密地区。噪声水平的高低，严重影响着人民群众的生活环境。树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的噪声比叠铁心干式变压器的噪声更小。噪声水平由60分贝以上降到48分贝以下，极大的改善了人们的生活环境。树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器现已获得国家专利。三、市场前景“十五”计划西电东送的实施，电力工业和城市现代化建设的不断发展，都需要大量的干式变压器。由于树脂浇注绝缘干式变压器已在国内使用了十几年，赢得了广大用户的赞同和认可。而SC11-R系列低损耗、环保型树脂浇注绝缘干式变压器是在SC9系列树脂浇注绝缘干式变压器的基础上研制开发出的新一代节能产品。其技术性能参数大大优于SC9系列产品，节能效果显著，噪声低，价格仅略高于SC9。是具有世界先进、国内领先水平的新型、节能、环保型产品和替代SC9系列变压器的先进产品。因此，供电部门和客户十分关注并对该产品特别感兴趣，市场前景可观。四、树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的关键技术问题;早在2000年，当S11型油浸式卷铁心变压器刚研制成功，开始进入市场时，我公司就提出在具有独特结构和优点的卷铁心的基础上开发树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的设想并立即进行研制。SC11-R系列低损耗、环保型树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的技术方案是在电磁场理论分析，高电压技术、电场分布和主绝缘的电气强度及高电压试验技术的基础上，结合国内外高新技术及材料的现状进行设计的。其电磁计算、结构设计和工艺、制造中的难点已经解决。迄今为止，目前国内已能制造生产卷铁心的各种设备，也有专门生产卷铁心的专业厂家。因此，首先要解决的关键技术问题是怎样使用专用的卷铁心绕线机在封闭的卷铁心（可以是带外框的双框式卷铁心，也可以是立体排列的三框式卷铁心。其截面无论是阶梯型还是R型及复合型均可）上用无氧铜导线绕制好高、低压线圈，如何研制各种绕制线圈的辅助工艺装备和特殊的浇注高、低压线圈的模具。最终解决在铁心和线圈已成为一个整体的情况下，用环氧树脂对线圈进行真空浇注以及高、低压线圈固化后如何拔出浇注的模具等。这就是制造树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的关键所在。五、树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器结构特点与工艺1、卷铁心的结构形式和结构特点与工艺1）、卷铁心的结构形式：卷铁心分平面卷铁心和立体卷铁心（也称三角形卷铁心）两种类型。平面卷铁心结构形式有环形卷铁心（如图1所示）和框式卷铁心（如图2所示）。其中框式卷铁心分为平面排列的单框、双框（包括带外框的双框）和四框式三种。立体卷铁心结构形式是按三角形立体排列的三框式卷铁心。三相带外框的双框式卷铁心和立体卷铁心的实体图如图3所示。环形卷铁心一般用在小容量单相变压器、接触式调压器及互感器铁心中。单、双框式卷铁心一般用在单相变压器铁心上。带外框的双框式，四框式及立体排列的三框式卷铁心主要用于三相变压器铁心。框式平面卷铁心和立体卷铁心排列结构形状实体图目前生产三相油浸式卷铁心电力变压器的厂家普遍使用的是带外框的双框式卷铁心变压器，只有少数厂家生产立体排列的三框式卷铁心变压器。我公司研制的树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器可以是带外框的双框式卷铁心，也可以是立体排列的三框式卷铁心。2）、卷铁心与叠片式铁心相比在结构上有下列特点：叠片式铁心有接缝，每个接缝附近有一个磁通的高饱和区，它是铁心能量的高损耗区；而卷铁心是用成卷硅钢片经纵剪开料卷出一定宽度的条形卷料，在特制的铁心卷绕设备上，经过特殊的卷绕工艺卷绕而成的无接缝卷铁心。没有气隙和高损耗，噪声低。卷铁心与叠片式铁心结构见图5所示。叠片式铁心在剪切加工、搬运、叠装等过程中，受到夹具、工位器具的冲击、碰撞、受压、摔打等多种机械作用及热应力作用，使叠片式铁心的内应力增大；而卷铁心加工过程受上列因素影响较小，内应力增大不明显。叠片式铁心和线圈需用夹件紧固；而卷铁心所用的夹件主要是夹紧线圈而不是铁心，从而有效的提高了线圈的抗短路能力，防止线圈在短路电动力的作用下发生变形。同时，减少了附加损耗。卷铁心在生产线上直接进行绕制，不需横剪设备。也不需人工叠片、叠装、拆插上铁轭。其高、低压线圈用特种绕线机绕在铁心柱上，不用套装工序，器身装配只需轴向紧固线圈。这样不仅消除了由硅钢片叠装、铁心装配、拆插上铁轭等过程造成的铁心质量的波动，也避免了线圈套装过程中导线绝缘的损坏。而且生产工序大为简化，比生产同样的叠片式铁心变压器可减少4～5道工序。因此，卷铁心变压器生产效率高，质量稳定可靠。在工艺上，卷铁心变压器还有下列两个特点铁心退火处理工艺。是卷铁心变压器必须的工序和关键的工艺，决定了卷铁心的技术性能。卷铁心变压器的空载损耗之所以很低，除设计原因外，严把退火处理工艺是其主要原因所在。铁心真空浸漆工艺。铁心经真空浸漆固化成一个整体后，不仅可以提高铁心的机械强度，而且可大大降低变压器的噪声，这就是卷铁心变压器抗短路能力强，噪声小的原因之一。由于卷铁心变压器与传统的叠片式铁心变压器的结构和工艺流程不同，独具风格。因此，卷铁心变压器具有比同容量等级的叠片式铁心变压器的空载损耗小、励磁电流小、噪声小，加工工序少、省材料的优点。例如，平面排列的S11型卷铁心变压器与新S9型叠片式铁心相比，其空载电流下降70～80%，空载损耗下降30～45%，噪声水平下降7～10分贝，硅钢片利用率可达99%以上，节省硅钢片10～15%；立体排列的S13三角形卷铁心高效节能变压器，其空载损耗、负载损耗、空载电流、运行噪声与新S9型叠片式铁心相比，分别下降了44%、7%、90%和13dB。而与S11型标准相比，在不增加材料成本的情况下，空载电流和运行噪声分别大大下降。由此看来，随着卷铁心变压器结构的不断创新，制造工艺的不断提高和成熟，中小容量的卷铁心变压器必将有更大的发展。2、线圈制造和浇注的工艺线圈制造的工艺过程打破了传统的叠铁心线圈绕制工艺。由于卷制的铁心为封闭型，因此在绕线时，绕组骨架筒和带卡口的齿轮圈被设计成两个半圆部分。骨架筒与齿轮圈在铁心的心柱上装成一体，在专用的卷铁心绕线设备上连续绕制低、高压线圈并进行绝缘处理。它采取了相应的有效措施，主要是加强线圈的层间绝缘，注意安匝平衡，采用新型层间接线，改善线圈电场分布。同时应用新型气道槽，保证其主绝缘距离和满足散热的要求。带外框的双框式卷铁心的线圈绕制时根据绕线机的结构按铁心柱的顺序进行绕制。先绕制旁边的铁心柱，再绕中间的铁心柱，然后绕制另一边的铁心柱。低压线圈一般采用双层圆筒式。绕制时先粘接好用树脂制作的骨架筒。再按图纸要求做好起头并固定在夹具上，然后开始绕制低压线圈。层间和换位处用绝缘材料垫平。有气道时，应按图纸要求放置气道槽，并绑扎平整。线圈绕制好后，弯好出头也固定在夹具上。在绕制过程中，应对骨架筒、首层线或气道槽的内、外径进行检测和记录，及时调整直至符合图纸要求。包扎好外绝缘后，低压线圈就绕制好了。检查无误后，按图纸要求放置高、低压间的主空道气道槽。用绝缘材料填平后绑扎平整。主空道气道槽和线圈内的气道槽应按图纸要求在线圈制造前先用模具制好后备用。按图纸要求开始绕制高压线圈，线圈的层间和端部绝缘处用绝缘材料垫平。出头和各分接头按图纸所示位置正确排列。然后包扎好外绝缘。焊好出头和各分接头。本公司生产的产品是薄绝缘结构。线圈的内外绝缘均为2;mm左右，有着良好的散热效果。在封闭的卷铁心上绕制好高、低压线圈后，装好夹件、垫脚、辅助夹具等铁心零件。将变压器吊出绕线设备后竖立起来。装好特殊的浇注高、低压线圈的模具后，同卷铁心一起，送入引进德国HEDRICH公司的真空浇注设备中进行真空干燥。同时，由环氧树脂及配料经浇注生产线自动计量、混料、搅拌、真空脱气后在真空状态下按规定的浇注工艺从线圈底部对线圈进行真空浇注，将线圈包封起来。再送入烘炉中按规定的加热固化曲线进行固化。线圈采用了新型的优质绝缘材料增强,用纯树脂在真空状态下加压注入，再按规定的技术要求固化成型。线圈经固化成型后，在绕组的层间、段间、匝间均能浸透树脂。导线和绝缘材料紧密地结合，形成坚固的刚体结构。环氧树脂和玻璃纤维形成钢筋混凝土那样坚固的玻璃钢，具有高强度的机械性能和良好的电气性能，有着良好的动、热稳定能力。而且树脂和其他绝缘材料固化形成的复合绝缘热膨胀系数和绕组中所用的铜的热膨胀系数两者基本接近。不存在变压器运行中由于热胀冷缩而产生的绕组导体与绝缘材料之间的机械应力，从根源上消除了龟裂现象。采用F级或H级的绝缘材料和树脂可分别制造F级或H级的干式变压器。线圈固化并自然冷却后，经脱模、打磨整形、器身装配、引线焊接、总装配、成品试验、外观处理等工序，产品检验合格就可以出厂了。六、结束语总体来讲，由于节能、环保型树脂浇注绝缘干式卷铁心变压器必须在一系列专用设备和生产线上进行制造，因此需要必备的设备。如计算机控制的卷铁心开料机、铁心卷绕机、计算机自动温控退火炉、卷铁心专用绕线机等设备。同时，须研究设计制造特殊的浇注模具和各种辅助工艺装备。由于树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的制造方式与叠铁心变压器的制造方式在结构上有着根本上的区别，因此树脂浇注绝缘卷铁心变压器整个制造过程的技术、工艺路线需要重新制定，并需要编制大量的工艺文件。SC11-R系列卷铁心干式变压器的主要创新点在于节能、环保型树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器彻底改变了铁心结构，打破了传统的叠铁心线圈绕制工艺。特别是在铁心和线圈已成为一个整体的情况下，采用特殊的浇注高、低压线圈的模具对线圈进行真空浇注、固化和脱模。SC11-R系列树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器所研究的技术属国内首创，是在消化吸收国内外高新技术的基础上，自行开发研制的。从国内外中小型变压器发展动态来看，就低损耗而言，非晶合金铁心变压器在减少空载损耗方面有其特殊的优越性，空载损耗比国产9系列叠片式铁心变压器下降70％～80%，空载电流可下降80%左右。国内外均有样机。虽然近几年在国内推广力度较大，但至今收效甚微，其主要原因一是目前材料依赖进口，价格高（是硅钢片材料的2～3倍），二是加工和装配工艺不很成熟，质量不稳定，造成变压器放电或击穿。但是，从满足低损耗、低噪声来说，卷铁心变压器兼顾了两者的优点，填补了叠片式铁心和非晶合金铁心之间的空白。其关键技术是改变了铁心和线圈的结构及传统工艺制作方式，损耗低、噪声小，是国内外当前中小型变压器的发展趋势，符合环保要求。也是世界上变压器生产厂家急于开发的项目。因此，正是树脂浇注绝缘卷铁心干式变压器的这种技术将推动国内同行业把我国中小型树脂浇注绝缘干式变压器的设计和制造技术提高到一个新的阶段。
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