W框变压器铁心制造过程研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 08 日 作者简介：孙健（1985），男，汉族，本科职称，中级，现就职单位，常州东芝变压器有限公司研究方向变压器铁芯器身制造安装。-211-W 框变压器铁心制造过程研究 孙 健 常州东芝变压器有限公司，江苏 常州 213100 摘要：摘要：在电网改造升级与城镇化建设的过程中，对大容量变压器的需求量越来越大，高电压等级也逐渐向纵深方向挺进，铁心作为变压器的重要组成部分，由于变压器的容量和电压都上升了一个级别，原有的工装和制造设备不能满足现在的生产制造需求，所以必须对变压器铁芯更改制造工艺，进行二次厂内铁芯组装。针对上述情况，在对变压器半圆芯柱制造过程深入了解的基础上，对 W 框拼接变压器铁心制作流程进行分析研究。关键词：关键词：变压器铁心；电厂变；半圆铁芯；W 框拼接 中图分类号：中图分类号：TM403 0 引言 变压器是电力系统中非常重要的设备，可以将电能传输到其他电气设备，保证电压的稳定和安全。在设计变压器时，保证变压器运行效率，提高电能传输效率。变压器铁心是变压器运行过程中的主要部件之一，铁心质量的好坏对变压器运行效果影响很大。社会经济的增长也在一定程度上促进了电力需求的增加,其中火力发电是我国电力工业的重要支撑。发电厂采用大型变压器传输电力,不仅保证了传输距离,而且也提高了电网质量。对 W 框变压器铁心整个制造流程进行研究和分析希望可以进一步提高我国电力工业大型变压器的质量。1 设计 W 框变压器铁心的设计主要根据变压器的目标容量，电压等级来计算出硅钢片的总重量是不是超过250T 翻转起立台的极限重量负荷，如果超出承重就按规定设计成 W 型框分两次装配起立，最后拼接完成三芯五柱变压器铁芯器身。确认设计方案后需要利用 CAD设计软件制定铁心的尺寸、层叠高度、片料片型、定位孔位置及大小、阶梯级数及偏移量等参数。图 1 铁芯装配示意图 图 2 起吊拼接示意图 2 芯柱叠积 2.1 拉板尺寸的确认及拉板的划线 作业前需对拉板相关尺寸进行再次确认，特别是半圆拼接面拉板边缘的直线度必须控制在1mm 以内；同时用划针及样冲进行划线和打样冲眼作业，以便于芯柱叠积及夹件设置（搭台）时进行相关数据的测量及调整。带有隔磁槽的拉板需用 PB 板将隔磁槽内填充满，以防止拉板变形。图 3 半圆芯柱拉板搭台示意图 中国科技期刊数据库 工业 A-212-图 4 整体芯柱拉板绝缘放置示意图 2.2 拉板的设置 半圆芯柱拉板的设置最好是铁芯捆扎装置的中心和拉板直线拼接面一致重合，在芯柱直径超过一定数值时，为了预留半圆面低压侧油压垫块位置防止和绑扎机干涉无法南北移动时，拉板直线面可以偏离铁芯捆扎装置的中心，偏离距离最大不超过 120mm 防止半圆芯柱直线面的半圆木干涉绑枝机的移动。为了不使上部铁芯片及上部拉板的位移，设置拉板时要注意和PG 带捆扎装置的旋转方向做到一致，要使捆扎装置的旋转方向同拉板上穿 PB 纸同一方向。设置拉板时，半圆芯柱叠积靠山可以用叠积芯柱用靠山，也可以用叠积旁柱用靠山。当靠山为旁柱用靠山时，首先将靠山可滑动部分调到靠山中心线（即捆扎装置中心线）位置，以拉板上部凸台面为基准面在拉板上按图纸要求画出铁芯窗高，计算出第一级开槽片的尖角到上部凸台的距离，放置拉板使拉板的直线面和两边旁柱靠山的直线面在一条直线上，靠山直角面和斜面夹角点对应第一节开槽片的尖角后，4 个定位锁紧轮锁好，第一节开槽片叠完后复测一遍片子到凸台面的距离是否和图纸一致，核对拉板上下部方向是否正确。整个芯柱搭台设置拉板时，首先将拉板划线画好，凸台基准面画好，把拉板放置位置调整好，算出第一节摇进去的尺寸，先把靠山摇进去尺寸预留好，然后定位好后锁紧固定轮放好拉板绝缘件后，两边靠山按算出的数据摇第一级开槽片的尺寸，先叠二层测量一下片子到凸台基准面的距离，是否和图纸一样如果有差异需要调整。图 5 半圆芯柱开槽片叠积示意图 图 6 整体芯柱开槽片叠积示意图 2.3 半圆芯柱的叠积 为了保证芯柱叠积过程中铁芯柱的水平度和垂直度，在叠积时需用水平仪测量每级铁芯的水平度及用垂线测量半圆平面的垂直度（半圆平面的垂直度也可以用直角角尺作为辅助靠山来保证）。垂直度为 1/1000，第四级片子叠完后需要用防倒千斤顶调整硅钢片水平度，调整到目视水平仪上的气泡在刻度中间即可。芯柱叠积完后用钢直尺测量半圆平面的平整度，要求不平整度最大不超过 1mm 图 7 直角靠山安装示意图 中国科技期刊数据库 工业 A-213-图 8 硅钢片水平调整示意图 图 9 半圆平面的平整度示意图 2.4 半圆芯柱的绑扎 由于芯柱为半圆形状，因此在芯柱压紧时需制作半圆形模具将半圆芯柱整形成圆形或椭圆形再进行油压压紧；同时为了防止芯柱绑扎过程中从上部拉板起到第 4、5 级的铁芯片位移，在压紧用的钢丝绳下需放置阶梯垫块及”L”型铁板工装扣在上拉板上注意：阶梯垫块与铁芯台阶间有间隙的话需用PB纸板填满，”L”型铁板工装与铁芯间需衬垫耐高温薄膜或0.38mm厚的PP 纸板来保护铁心片。芯柱油压时压力先放到 5Mpa，先把 7 个油压开关全部关闭，然后逐个油压待全部受力后查看一下铁芯片及拉板是否位移，然后将压力缓慢加至图纸规定值再进行 PG 带的绑扎。PG 带绑扎完毕后，在芯柱上选取 3 处，方法将绑扎好的半圆芯柱进行夹持紧固，以防止芯柱运输过程中拉板及铁心片不位移。注意：在安装夹持件紧固时压紧的钢丝绳千万不能松；人手允许的话，PG 带绑扎几道后就可以开始同步安装紧固夹持件，夹持件的安装位置要确保不与铁芯起立台的受台相碰；该夹持件的安装方法适用于铁芯分解运输时的夹持件的安装。等芯柱的夹持件全部安装完毕后，松开紧固用钢丝绳，再次测量芯柱半圆平面的平整度，要求不平整度最大不超过 1mm。图 10 半圆柱绑扎示意图 图 11 L 型板和成形木安装示意图 图 12 夹持件垫木安装示意图 中国科技期刊数据库 工业 A-214-图 13 夹持件安装示意图 3 半芯柱的搬运 芯柱由于是半圆型芯柱，其重心比较难把握，重心大概在第四片宽那，在起吊芯柱时要特别小心。为了能更平稳地起吊芯柱，可以在芯柱的半圆平面上垫入木制垫块，垫块的尺寸为长（3 道 PG 带之间的距离）宽（为主级片宽的 1/2）厚（为主级片宽的 1/2）。放了防止多次起吊造成拉板和片子移位，直接从叠积台上用起重机把半圆芯柱吊至托盘上等待气垫车运输至 250T 铁芯起立翻转台周边。图 14 起吊垫木示意图 图 15 行车运输示意图 图 16 托盘放置示意图 4 W 框夹件搭台上芯柱 根据变压器器身装配图结合铁芯装配图分出上下高低压侧夹件，以高压侧下夹件为基准上台，上部高压侧为制作的红色临时上夹件，上下夹件开档尺寸按拉板凸台面到下部定位销直接的尺寸放置夹件（比数据开档数据小 2mm）。测量对角线误差不超过1mm，槽钢夹持固定测水平复测开档对角线，上芯柱的顺序必须先上整体芯柱，然后分别上半圆芯柱和旁柱，芯柱的垂直度调整完毕后，对半圆芯柱的半圆平面平整度进行再次测量，要求不平整度最大不超过 1.75mm；同时对 W 型框铁芯开档尺寸再次进行确认，测量位置的尺寸为图纸指定值的1mm 范围内。装配低压侧下夹件時上下用线锤看下上下夹件孔位偏差是否在范围内（防止偏差过大造成底脚装配时对角线超差无法调整，同时也会影响拼接時定位孔在模拟油箱工装上的定位）。图 17 芯柱上台示意图 中国科技期刊数据库 工业 A-215-图 18 半圆柱上台示意图 图 19 单个 W 框装配结束示意图 5 W 框型铁芯的起立 铁芯柱垂直度的测定 把 w 型铁芯临时放置在事先调整好水平的工字钢或平台上，用线锤测量铁芯柱的垂直度。铁芯临时放置的工字钢或平台的水平度要求在 1mm 以内，铁芯柱垂直度需调整到 1.5mm/1000mm 以内。图 20 模拟油箱调整示意图 图 21 W 框就位示意图 图 22 片子垂直度测量示意图 铁芯层间绝缘电阻的测定 铁芯起立后用万用表或500V摇表对铁芯层间的绝缘电阻进行测量，要求需在 1以上。注意：在上部插片夹件紧固后及器身追加入罩前都要对铁芯层间绝缘电阻进行测量。铁芯柱垂直度的调整方法 a.用顶或拉紧方法调整 借助柱、墙壁、装配架等固定点用葫芦拉、用千斤顶顶等方法调整芯柱垂直度。b.在 W 型铁芯的下支撑梁下放入垫片来调整此方法主要在铁芯拼装时使用，通过在铁芯下支撑梁与模拟下节油箱间插入垫片（可以用 PB 纸板），原则上垫片插入后芯柱片高差不能超过 2mm。图 23 W 框起立示意图 图 24 W 框吊入装配架示意图 中国科技期刊数据库 工业 A-216-图 25 拼接面间隔板示意图 6 W 框型铁芯的拼装 模拟下节油箱的设置 在 W 型铁芯拼装前需进行模拟下节油箱（W 型铁芯就位架台）的设置，要求其水平度在1mm 以内；同时要确保定位销的开档尺在图纸指定尺寸的1mm 以内及对角差尺寸在2mm 以内。用槽钢夹紧模拟油箱，紧固点避开第一个 W 框就位的位置。W 型铁芯拼装就位 a先将第一个 W 框用行车起吊使其底脚定位孔对准相对应的模拟油箱定位销，使其缓慢的落进去，期间需要观察六个定位孔和定位销之间的间隙，按要求塞入相对应厚度的塞条，然后指挥行车慢慢的动作等钢丝绳全部松弛后，测量芯柱的高压侧第三级主级低压侧第三级的垂直度，如超过 1.5/1000 需要按要求调整至允许误差范围内。注意：W 型铁芯就位前，必须在下支撑梁与模拟下节油箱间垫入干燥过的 t1 纸板，以便于 W 型铁芯拼装过程中测量 W 型框间的绝缘电阻，绝缘电阻要求为 1000V 摇表 10M 以上。b W 型铁芯拼装时不要把半圆柱卷绕在 PG 带上的耐高温薄膜去除，等铁芯拼装完毕后再把铁芯外侧的耐高温薄膜及固定用胶带去除。另外，W 型铁芯就位时应速度缓要慢，不能使用行车撞击拼接面，防止出现不可避免的事故发生，同时要确认 PG 带、间隔板等有无位移的情况。cW 型铁芯拼装过程中或拼装就位完毕后，要对二个半圆面芯柱拼接处间隙、上部芯柱间的开档、芯柱垂直度等相关尺寸的进行确认，具体尺寸要求按图纸指示。d 拆除上部临时夹件前，需将芯柱拉板上部固定，然后再拆除临时上夹件，其目的是为了尽量减少拉板上端的偏移。e临时夹件拆除后对铁芯柱高低压方向的垂直度再次进行调整，可以通过用工装立柱，装配架配合收紧带，葫芦和千斤顶等方法。图 26 第二框就位示意图 图 27 拼接完示意图 图 28 拉板垂直度调整示意图 7 结论 综上所述，电力系统中电力变压器是电力转换和传输的核心设备之一，其转换效率直接影响整个电力系统的能耗和运行成本。为了提高电力系统的运行效率，需要降低电力系统中各种设备的能耗，节能型配电变压器是一种有效的方法。中国科技期刊数据库 工业 A-217-通过对 W 框型变压器铁芯制造过程的研究，分别阐述了半圆芯柱的拉板搭台放置到芯柱的叠积油压绑扎，芯柱的起吊运输，W 框的芯柱调整到下部插片，W框铁芯起立和拼接组装三芯五柱，到临时夹件拆除套线圈前拉板垂直度的调整。在实际的生产过程中遇到的问题，需要综合使用各种方法，结合工作经验和作业指导书，对制造大型变压器铁心时出现的问题进行及时解决处理。如果现有设备不改造的情况之下碰到大容量大电压等级的变压器铁芯重量超过 250T 的还是只能按 W框型拼接铁芯来设计制造。如果改造设备的话需要把原有的250T铁芯翻转台升级成 350T 的，由于起立台的位置不在 2 台 300T行车并吊起立范围内，还需要把改善后的翻转台往北整体平移 10 米，这样工期长工程量大，改善的费用也高，估计企业难以采纳这个建议的。参考文献 1张亚杰,庞建丽,刘晓亮,张立明.高效节能叠铁心配电变压器的设计J.电工电气,2021(4):17-21.2周广宇.绿色节能油浸式电力变压器Z.山东省,山东鲁能泰山电力设备有限公司,2020-05-12.3王军奎,王凯,张叶同,等.电力装备制造业智能工厂规划与实践J.智能制造,2022(4).4蔡子祥,王向阳,魏龙.变压器叠铁心智能制造技术研究J.电工钢,2022,4(2).5黄祥,杨正兴,植庆航,李孟瑞.油浸式主变压器气道堵塞引起轻瓦斯告警原因分析与防范措施J.电力设备管理,2020(11):180-181.6国家铁路局.TB10758-2018 高速铁路电力牵引供电工程施工质量验收标准S.北京:中国铁道出版社,2018.7周帅,王建民,刘玉芝,等.500 kV 变压器空载过励磁下的损耗与温升特性仿真研究J.电工电气,2023(10):42-48.