李露霞++彭飛

[摘 要]在能源日益緊缺、節(jié)能已成為基本國(guó)策的今天，降低配電變壓器的損耗、節(jié)省生產(chǎn)成本，將給全社會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。在變壓器的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，鐵心的設(shè)計(jì)對(duì)于其節(jié)能、節(jié)材十分關(guān)鍵，可以說其質(zhì)量的好壞直接影響著整個(gè)變壓器質(zhì)量的優(yōu)劣。因此文章重點(diǎn)就變壓器鐵心的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及制造工藝進(jìn)行了詳細(xì)的探討，期望對(duì)同行有所裨益。

[關(guān)鍵詞]變壓器；鐵心；制造工藝

中圖分類號(hào)：TM405 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）09-0124-01

鐵心和繞組作為變壓器的重要組成部分，分別作為變壓器內(nèi)部的磁路與電路，成為電磁能量轉(zhuǎn)換的重要載體。鐵心質(zhì)量直接影響著變壓器的整體質(zhì)量，主要的組成材料包括了鐵心的本體、絕緣材料、夾緊件、接地片等等，通常在鐵心的本體內(nèi)，包含有導(dǎo)磁性較好的硅鋼片和鐵心油道，采用鐵損以及硅鋼片產(chǎn)生的損耗比值來表現(xiàn)出鐵心的質(zhì)量。如果鐵心具有良好的質(zhì)量，可以對(duì)變壓器在運(yùn)行狀態(tài)中的溫度控制在合理的范圍之內(nèi)。鐵心的質(zhì)量由于其制造工藝具有著極大的關(guān)系，要提高鐵心的質(zhì)量，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，必須對(duì)變壓器鐵心的制造工藝進(jìn)行改造與優(yōu)化。

一、變壓器鐵心柱截面優(yōu)化設(shè)計(jì)

鐵心柱的截面設(shè)計(jì)是電力變壓器設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電力變壓器鐵心柱通常在圓形線圈內(nèi)，為了充分利用線圈內(nèi)圓形空間，鐵心柱截面被設(shè)計(jì)成上下軸對(duì)稱的多級(jí)階梯。設(shè)計(jì)中，通過合理選擇各階梯矩形尺寸，力爭(zhēng)使鐵心柱截面幾何面積最大。當(dāng)圓形線圈的直徑一定時(shí)，鐵心柱級(jí)數(shù)愈多，截面積愈大，變壓器的性能越好，但級(jí)數(shù)過多會(huì)造成硅鋼片的規(guī)格繁雜，制造工時(shí)增加，因此需要綜合考慮鐵心柱的利用系數(shù)和制造工藝問題。設(shè)計(jì)大直徑多級(jí)鐵心柱的傳統(tǒng)方法一般采用作圖法，即在圖紙上經(jīng)過反復(fù)核算，畫出較好的鐵心截面積設(shè)計(jì)方案，來確定鐵心直徑，鐵心直徑確定后，鐵心截面各級(jí)硅鈉片寬度和疊厚的尺寸就根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)唯一確定。由于沒有科學(xué)精確的求解過程，這樣會(huì)導(dǎo)致鐵心柱的級(jí)數(shù)產(chǎn)生不必要的增加，增大電力變壓器的成本，降低變壓器的使用性能。因此，合理地選擇電力變壓器鐵心柱截面的級(jí)數(shù)，確定各級(jí)的幾何尺寸，是提高變壓器性能和降低變壓器成本的關(guān)鍵。隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用及數(shù)學(xué)軟件的發(fā)展，對(duì)這些實(shí)際問題進(jìn)行抽象、簡(jiǎn)化，應(yīng)用優(yōu)化方法建立數(shù)學(xué)模型，并用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行求解，提供了問題的解決方法。例如利用 MATLAB 優(yōu)化軟件開展規(guī)范化求解，就能得出鐵心柱截面優(yōu)化結(jié)果。

二、鐵心制造工藝的基本介紹

（一）縱向剪切方面

首先，在進(jìn)行縱向剪切的過程中，由于橫截面的填充系數(shù)對(duì)剪切的精確度產(chǎn)生著直接的影響，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)橫截面的填充系數(shù)的設(shè)置進(jìn)行關(guān)注。通常情況下，帶料的縱向邊線都是后續(xù)制造工序中的基礎(chǔ)，為了防止鐵心橫截面局部有所突出，必須在剪切的時(shí)候保持直線。當(dāng)完成縱向剪切工序后，需要對(duì)在絕緣層內(nèi)的毛刺應(yīng)當(dāng)通過專門的設(shè)備把毛刺去除。其次，帶卷應(yīng)當(dāng)卷緊，防止發(fā)生變形的情況，并且要使用適當(dāng)?shù)牧Χ葋砝o帶料，不能夠過大也不能夠過小。一般情況而言，帶料的寬度可以出現(xiàn)正值的偏差值，直線度應(yīng)當(dāng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（二）橫向剪切方面

在剪切長(zhǎng)度比較長(zhǎng)的鐵心片的過程中，應(yīng)當(dāng)確保長(zhǎng)度具有準(zhǔn)確度，同時(shí)要保證橫邊和縱邊之間的角度符合一定的標(biāo)準(zhǔn)。在剪切斜角片的時(shí)候，根據(jù)鐵心片的長(zhǎng)度來進(jìn)行剪切，如果鐵心片寬度比較大，那么斜角片長(zhǎng)度比較大。如果二者之間的角度并不大，那么鐵心片通常有一邊的長(zhǎng)度比較長(zhǎng)，相反而言則會(huì)比較短。

（三）退火

對(duì)于鐵心制造工藝而言，退火的主要作用在于避免鐵心在機(jī)械加工的過程中出現(xiàn)磁性降低的情況，通過這個(gè)步驟，可以讓鐵心表面更加光滑、質(zhì)量更為理想。在退火的過程中，必須對(duì)溫度以及加熱冷卻的節(jié)奏進(jìn)行合理與嚴(yán)格的控制，以免造成硅鋼片發(fā)生不規(guī)則的變形。當(dāng)退火工序完畢之后，應(yīng)當(dāng)清潔鐵心表面，并對(duì)其氧化的痕跡進(jìn)行檢查以及處理。

（四）涂抹絕緣層

在涂膜絕緣層的工序中，應(yīng)當(dāng)注意的事情主要是控制好絕緣層的厚度，在保證安全性的前提下，避免過厚的絕緣層導(dǎo)致元件之間發(fā)生短路的情況，并且在涂抹的時(shí)候應(yīng)當(dāng)使涂層光滑平整以及顏色均勻。

三、裝配鐵心的工藝要求

在進(jìn)行裝配鐵心的過程中，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格根據(jù)裝配的尺寸與規(guī)格進(jìn)行裝配，以免變形情況的發(fā)生。確保鐵心軸線的偏差不能夠超出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，并且對(duì)接縫大小以及疊片的波浪度進(jìn)行檢查，應(yīng)當(dāng)在鐵心片之間保持一定合理的縫隙，避免搭接情況的出現(xiàn)。通過單位壓力的調(diào)整來促使填充系數(shù)達(dá)到所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)電力變壓器的鐵心和繞組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)其所發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的安全隱患問題具有著極為重要的意義。變壓器在發(fā)生故障之前和發(fā)生故障之后，其振動(dòng)信號(hào)基頓頻率分量隨著電壓的變化而變化，第一點(diǎn)，鐵心在發(fā)生松動(dòng)之前和之后其振動(dòng)信號(hào)100hz的基頻幅值和所施加的電壓的平方具有線性的關(guān)聯(lián)性，如果電網(wǎng)電壓出現(xiàn)明顯的波動(dòng)或者變化，那么應(yīng)當(dāng)考慮到鐵心振動(dòng)的影響因素與電網(wǎng)電壓的大小具有相關(guān)性；第二點(diǎn)，振動(dòng)的基頻幅度值隨著鐵心的松動(dòng)而有所改變，在鐵心松動(dòng)3毫米的時(shí)候，其基頻幅度值要小于正常狀態(tài)下的基頻幅度值?；l幅度值要接近于正常狀態(tài)下的基頻幅度值，難以對(duì)故障進(jìn)行準(zhǔn)確的判斷。在鐵心松動(dòng)3毫米的時(shí)候，其基頻幅度值要大于正常狀態(tài)下的基頻幅度值。根據(jù)這些特點(diǎn)可以對(duì)鐵心松動(dòng)的故障進(jìn)行一定的診斷與定位。電力變壓器的鐵心和繞組的壓緊程度與運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行的絕緣老化與短路事故的發(fā)生具有密切的關(guān)聯(lián)性。運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行的絕緣老化與短路事故的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致電力變壓器的鐵心和繞組變得越來越松，如此一來將會(huì)降低電力變壓器對(duì)短路電流沖擊的抵御能力，增加了事故的發(fā)生率。所以，對(duì)電力變壓器的鐵心和繞組的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)其所發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，對(duì)于及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的安全隱患問題具有著極為重要的意義。

四、如何提高變壓鐵芯制造工藝水平

（1）對(duì)鐵心制造工藝進(jìn)行細(xì)化，加強(qiáng)對(duì)工序加工的監(jiān)控，務(wù)必促使工序的質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)的實(shí)際情況進(jìn)行及時(shí)的反饋，一旦發(fā)現(xiàn)不合的產(chǎn)品，必須立即對(duì)整條生產(chǎn)線進(jìn)行檢查，減少無效工序，避免無用功，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。

（2）通過計(jì)算的方式來對(duì)定性的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行定量化，增加了技術(shù)指標(biāo)的科學(xué)性與可靠性，同時(shí)也確保了生產(chǎn)人員在生產(chǎn)的過程中具有可操作性的依據(jù)。在檢查鐵心的質(zhì)量的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)選擇具有高精度的檢查儀器，通過定制來對(duì)產(chǎn)品的合格率進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，并且采用國(guó)家相應(yīng)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行對(duì)比，切忌檢驗(yàn)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)不統(tǒng)一的情況。

（3）引入先進(jìn)的技術(shù)來制造變壓器的鐵心，例如，具有高科技含量的清理磁盤技術(shù)，對(duì)制造工藝進(jìn)行優(yōu)化，從而提高變壓器鐵心的質(zhì)量。在檢測(cè)鐵心的質(zhì)量的過程中可以使用微機(jī)技術(shù)，有利于提高數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度以及科學(xué)性。

綜上所述，鐵心的質(zhì)量與變壓器質(zhì)量具有直接的關(guān)系。如果變壓器使用的鐵心質(zhì)量比較差，將會(huì)直接導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行狀態(tài)受到負(fù)面的影響。而變壓器鐵心的質(zhì)量主要取決與制造工藝的質(zhì)量，必須提高鐵心制造工藝的技術(shù)水平，通過對(duì)新工藝技術(shù)的研究與應(yīng)用，并制定嚴(yán)格的檢驗(yàn)規(guī)范，嚴(yán)格控制好鐵心的制造質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭婧，王婧頔，郭潔，周建平.電力變壓器鐵心振動(dòng)特性分析[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2010，08

[2] 付婷婷.干式變壓器的工程選型及應(yīng)用[J].科技展望，2014，08

[3] 戈文祺，汪友華，陳學(xué)廣，肖樹欣，楊曉光，呂殿利.電力變壓器鐵心剩磁的測(cè)量與削弱方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，16

[4] 王娟，楊奕.電力變壓器鐵心柱截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].變壓器，2011，42