浅谈变压器发展的几个方向
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摘要：先介绍变压器的组成和我国目前变压器制造和生产的基本情况，然后对变压器未来的发展反向进行推测。总体来说变压器会朝着：大容量、高电压、高可靠性；向紧凑型和组合型发展；环保型发展。然后注意展开进行解释。
关键词：变压器，绕组，铁心，环保，绝缘性能
Abstract: Thefirstdescribesthe composition andthe transformercurrenttransformer manufacturingand productionofthe basic situation,the future developmentof the transformerand thenreverseto speculate.Overall,the transformerwill move toward:large capacity, highvoltage, highreliability;compactand combinationtodevelop;environment-friendly development.Thenpay attention toexpandexplained.Keywords:transformerwindings, core, environmental protection,insulation performance
中图分类号：F407.6文献标识码A 文章编号
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压等。
在电器设备和无线电路中，变压器常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。变压器就是一种利用电磁互感应，变换电压，电流和阻抗的器件。发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，这两种情况，磁通的值都不会不变，但是与线圈相交的磁通数量却有变动，这就是电磁互感应的原理。
据统计，我国国内能生产110kV及以上各类变压器约100家，具有生产220kV及以上变压器的厂商十八家，其中能生产500kV或750kV电力变压器的制造厂有十几家。除此，还有哈尔滨、长春、江西等一批中型变压器厂，可以生产220kV及以下电力变压器，我们由此可见，国内已形成一个大的变压器行业。
我国第一台容量为15kVA、电压为2.2kV的电力变压器是在1922年由上海华生电器制造厂自行设计制造出。解放以前我国仅在上海、昆明、湘潭和天津建有变压器厂，只能生产33kV、2000kVA及以下的配电变压器，全中国的装机容量不超过2000MVA。
为了适应市场需求，国内许多变压器制造厂家近年来不断改进产品结构，提高产品性能，而且还从国外引进先进的生产技术和装备。随着新技术、新材料、新工艺的应用，各种形式的新产品，如非晶合金铁心变压器、全密闭变压器、新S9系列变压器、组合式变压器、环氧树脂浇筑或敞开通风干式变压器等不断涌现。为了满足更高的输电电压可调电抗并联电抗装备系统的要求，我国已研制成功单相500kV级可调电抗并联电抗器及其控制系统。国家已正式批准交流1100k和±800kV分别作为我国更好一级的特高压交流和直流输电电压等级，相应工程上用的国产百万伏特特高压变压器和并联电抗器以及所需双组12脉波油浸式换流变压器和干式平波电抗器也正在研发中。至此可以推测出，变压器类产品主要向以下几个方面发展。
1.向紧凑型和组合型发展
组合型变压器主要用于地域偏僻的西南大水电或受运输限制的变压器。优点是安装面积小。其技术关键是便捷而又可靠的拆卸、运输、和复装的设计，以及现场要有一个适合“组装”的条件。变压器的紧凑型主要是对城市用电力变压器，特别是小型配电变压器。因城市地方有限，因此，包括变压器在内的配电装置常设计成组合式变电站和箱式变压器。其具有占地面积少、体积小、成本低、能伸入负荷中心的优势。
2.大容量、高电压、高可靠性
提高机械的耐受力性能
《电力变压器 第5部分：承受短路的能力》GB1094.5_2003中明确规定：变压器及其组件和附件应设计制造成能在外部短路引起的过电流作用下应能承受外部短路的热和动稳定效应而无损伤。也可以这么理解，变压器运行过程中，当外部发生三相短路、相间短路、两相对地和相对地故障的时候，其应该具有承受短路的耐热能力和承受短路的动稳定能力，而不至于由于短路所引起的过电流，变压器内部载流部件的温度在短时间内升温过高，将各种部件及其绝缘层损坏；或致使变压器绕组的压紧结构件、载流的绕组、引线、分接开关等部件收到很大的电磁力作用而损坏。但是，变压器在其运行寿命期间，难以避免地会遭受各种短路，进而严重的影响着变压器的安全、可靠运行。
提高绝缘性能技术
对于特高压和超高压产品而言，更要注意的是设备处于长期最高工作电压下的可靠性。应该把设备长期最高工作电压下的作用场强低于绝缘结构的作用场强作为研发特高压和超高压绝缘结构的原则。由于目前变压器避雷器性能的改进，与变压器进行绝缘配合的各类试验电压可得到降低，即试验电压与额定电压的比值可降低。为了提高局部放电的熄灭电压，并使它高于设备的长期最高工作电压，应提高绝缘材料的作用场强，所以设计技术的发展趋势是控制场强的技术。在设计上降低作用场强，在工艺上提高许用场强，在运行中不改变出厂时变压器油中含水和纸中含水的平衡点，对变压器的安全、可靠运行十分重要。
（3）提高变压器的热性能技术
变压器绕组平均温升只是一种考核变压器热性能的试验指标，因为变压器选用的各种耐热等级的绝缘材料的老化性能与变压器绕组热点的温度有关，故产品研发中必须注意绕组热点温度不能超过该耐热等级的绕组热点温度的允许值。
对于大容量变压器，必须在结构是保证绕组热点温度在合格范围内，运行中能控制绕组热点温度的最高允许值，还要考虑热点温度使绝缘预期寿命降低的情况，还能设法以降低热点温度即降低输出电流来补偿所牺牲的寿命。
对于油浸式变压器，绕组热点温度对顶层油温度差是绕组导线平均温度与冷却介质油平均温度只差的1.3倍。
变压器制造技术的改进和提高
改进和提高主要集中在几个方面：铁心制造、绕组制造、绝缘加工、变压器油处理等几个方面，以下一一进行介绍。
首先说明在绝缘加工技术方面：
①将绝缘加工与金属加工分开
②龙门数控加工中心的引进和使用，一机多用极大地改善了绕组压板的加工质量和效率，与常规加工工艺相比具有很明显的优点：提高绝缘加工精度，减轻操作者劳动强度；减少作业面积；自动加工，实现高质量；防止工件变形，节省大量的工件装卸时间；集中吸尘，在改善作业环境的同时还能保障操作和的身心健康。
第二在铁心制造技术方面：
①采用多级阶梯接缝铁心，不仅降低变压器空载损耗还能降低噪声。
②采用铁心柱嵌下轭的工艺，达到不叠上铁轭的功效。与常规工艺相比可节省大量的心柱叠装时间，提高铁心叠装质量。
第三在油处理方面：
真空喷雾净油法的采用，改善了70年代压力过滤法和离心过滤法的油处理质量不高和效率低的缺陷。随着我国±500kV直流输电产品的生产，对油的品质要求更高，特别对油中含颗粒数量提出了具体的指标。
第四在器身引线联接技术方面：
变压器器身引线联接是一项复杂而技术含量高的工序。它包含两方面工作，其一是高压侧和低压侧引线支架、夹件和过渡联线的装配。其二是引线头的焊接和绝缘层的包扎。国内常规工艺是按图样一件件的安装、焊接、包绝缘；但国外先进工艺是采取单侧引线组装和高频焊接或者冷压联接。也就是将高压侧和低压侧引线按图样单独组装成形；分接开关按产品实际位置事先固定在工装架上，以准确地量取分接线长度，并进行导线接头高频焊接或冷压焊接 。相比之下，后者不仅引线排列有序，缩短引线装配周期，实施引线标准化，强化引线联接质量。
第五在绕组制造方面：
①大型变压器的绕组采用地坑式或地面式立式绕线机绕制。它较卧式绕线有很多优点：借助工装，实现对绕组“反段”的绕制，节省工时；省去绕组直立工序，节省对绕组翻转直立设备的投资；为操作者提供最佳的安全操作位置等
②绕组在全封闭，降尘量10mg/(d·m2)以下组装场地对变压器器身整体组装，彻底改变了传统的绕组及绝缘件在铁心柱上逐个装配工艺。这可以说是变压器器身装配技术的重大改进。
③新型全自动卧式绕线机和带轴向、辐向压紧的大型卧式绕线机的采用，不仅可大大提高工效，减轻操作者劳动强度，且可使绕组更紧密，更规范，以确保绕组的绕制质量。
环保型发展
（1）节能
节约能源和使用环保产品是我国的一项基本国策。变压器的降低变电损耗应在技术上、结构上、原理上采用新技术、新结构、新工艺，在运行可靠与不增加重量、材料成本的前提下降低变压器的空载损耗和负载损耗。
空载损耗应有实测空载损耗与硅钢片重量与相关额频率与磁密下单位重量损耗乘积之比为最小衡量。不能单纯用好硅钢片与增加硅钢片用量来达到低损耗。
负载损耗应分析负载损耗中附加损耗是否低。可由实测并折算到标准条件下的负载损耗与三相绕组中参考温度下电阻损耗之比为最小来衡量。此比值越小，说明附加损耗越低。
低噪音
变压器在运行时，是一个声源，将功率辐射到周围空气中，导致在变压器附近有一个声压场。变压器的声源包含空载噪声、负载噪声和冷却装置的风机噪声。所谓低噪声是指整台变压器这几个声源的声功率级的叠加值。
为了解决噪声问题，不仅要求变压器本身要低噪声，且其采用全自冷及散热器与本体分体安装方式。
能降解回收再利用
干式变压器具有无油、难燃、绝缘耐热等级高、体积小、噪声低、运行维护简单等优点，所以一般被用于地下铁道、高层建筑等对防火要求较严格的场所，且应用数量越来越大。因此对于干式变压器，尤其是环氧浇注绝缘干式变压器在寿命到期后的处理问题也将日益突出。其线圈中金属导体和非金属绝缘的分离是比较突出的一个问题，主要采用以下两种途径：
①将线圈用大型破碎机进行破碎，分拣已分离的大块导体和固体绝缘，对剩余的部分再用切割机分切成硬币大小的碎块，利用金属和非金属的电磁性能差异，用大型分选设备进行机械化自动筛选。
②将线圈反复夹持破碎，人工分拣已分离的大块的导体和固体绝缘，逐层剥离金属导体和绝缘材料。拆解处的少量的树脂绝缘材料废弃物送环保公司进行焚烧发电、地下填埋或综合利用等专业化处理。
结语：
总体看，中国变压器市场一直都在平稳中发展。随着新一轮电力投资热潮的来临，输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态，呈现出产销两旺、十分景气的局面。而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业更是一路高歌。由于中国西电东送，南北互供，全国联网的实施，变压器需求仍将保持平稳增长的态势。
参考文献：
《变压器基础知识》
《变压器制造工艺》
《变压器绕组制造工艺》
《变压器故障——案例分析和检测》
《变压器节能方法与技术改造应用实例》