变压器结构设计与制造工艺分析
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摘 要：变压器具有电压变换、阻抗变换、稳压等诸多作用，其重要性不言而喻，若其结构设计存在缺陷或者制造工艺滞后，势必会弱化变压器的实际功能。对此，该文以变压器结构设计的重要性为切入点，对其结构设计与制造工艺的优化提出了一定的建议，以供参考。这就需要我们立足实际，加大研究和创新力度，着力改善变压器的结构设计和制造工艺水平，为其充分发挥性能、更好地服务于电力发展提供重要基础。
关键词：变压器 结构设计 制造工艺
中图分类号：TB53.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）05（b）-0043-02
1 变压器结构设计的重要性
众所周知，变压器是电力输送不可或缺的基础设备，其设计优劣和制造水平与电力传输的安全性、高效性和经济效益息息相关，可以说是变电站的核心所在，而对于变压器来说，主要涉及电磁方案和结构设计两大部分，其中结构设计需要以电磁方案和主要数据为基础，是变压器设计中的关键环节，如果器身（铁芯、绕组、绝缘、引线）、油箱、冷却装置、保护装置、出线装置等结构或重要部分设计不科学、不合理，则会给变压器多方面的参数和性能带来不良影响，尤其是绝缘性能、负载损耗、运行效率等，严重时还会间接干扰电网的运行质量[1]。
2 变压器结构设计要点
由于变压器结构设计相对复杂，影响因素较多，故应参考相关标准，基于合理的电磁方案和技术参数进行设计，充分考虑过电压情况下的电气强度，短路情况下的热稳定、动稳定，分析材料市场供应情况和材料成本，优先选用标准件和通用件，在此基础上对结构加以改进和优化。
2.1 铁芯设计
铁芯是变压器最基本的构成部件之一，变压器的一次绕组和二次绕组均位于铁芯上，为降低涡流损耗、改善磁路导磁系数，通常选用表面绝缘、0.3mm的硅钢片制作而成，拉板和夹件选用高强度钢板，一来简化夹件结构，二来节约钢板材料，为确保铁芯在夹紧状态下均匀受力，往往会适当调整硅钢片的夹紧面积，具体可以通过加宽铁芯末级配以增设阶梯木来实现，以此强化铁芯框架的强度，为获得更可靠的变压器结构提供保障。但值得注意的是，受硅钢片和电磁线材料价格飙升的影响，若采用圆形截面作为铁芯和绕组横截面，虽然有助于节约材料成本，但会产生较多的铁芯级数和纵向剪切片，容易发生积压和增加绝缘油用量的情况;如果从结构调整的角度出发，选用多级外接圆形铁芯，可以大大降低铁芯片形并实现片形共享，还可以根据实际需求和市场价格调整铁芯截面和铜铁消耗比例，但在一定程度上增加了制造加工的難度，因此需要立足实际选择合适的铁芯[2]。
2.2 绕组设计
与铁芯一样，绕组也是变压器的基本部件，只不过属于电路部分，一般为绝缘纸包裹的铜线缠绕而成。一般情况下，绕组必须确保线圈绕制扎实紧密、线间无空隙，轴向上下压紧力，通过自身强度的保证获得足够的抗短路能力，进而满足变压器三相短路状况所产生的应力。常见的绕组形式有：适用于低于10kV、电流大、匝数小的低压线圈的螺旋式绕组，以及绕制简单、具有可靠稳定性的连续式绕组，但连续式绕组容易受到雷电的影响，通常借助纠结式绕制予以改善。
2.3 油箱设计
油箱是油浸式变压器的外壳，上述提及的铁芯和绕组均置于其中，常见类型包括适用于中小型变压器的箱式油箱和适用于大型变压器的钟罩式变压器，无论何种类型的变压器，都应具有足够的强度和较低的漏油风险。概括地说，油箱结构的设计应遵守尽量减少油箱与外界连接的密封面的基本原则，建议优先考虑简单可靠的桶式油箱，选择双面焊接法焊接所有的法兰面，设计法兰螺丝孔为盲孔，深度低于法兰3～5mm，而法兰孔设计为U形密封槽，尽量选用圆形截面的密封条等，上述要点尤其适用于采用平底结构结合U型加强筋的大型变压器桶式油箱设计。
2.4 引线装配
在变压器结构引线设计过程中，通常需要考虑引线电缆的类型、线间距离和磁距离等因素，这是因为引线电流会形成一定的磁场，并在铁芯、夹件、油箱等金属构件中产生涡流损耗，导致变压器损耗增加、金属温度升高，最终出现热点问题，再者出于对放电击穿的考虑，必须保证引线之间、导体之间保持合适的绝缘距离[3]。因此高压引线中选用的三相调压电缆需要尽可能地通过平行和紧靠减少引线占位，提高不同相线圈的空间利用效率，不过调压线出线应位于各相线圈之间。中低压引线出线则应处于同一侧，同样的三相电缆也要平行紧靠，并保证三相电阻平衡，为防止出现三相电阻不平衡问题，可适当调整引线截面积进行配平。
3 变压器工艺制造分析
3.1 铁芯的制造工艺
铁芯具有有效转化电能和次能量的重要作用，所以其制造工艺非常关键，制造工艺及其要点包括：首先是为了降低铁芯运行噪音和空载损耗，可以基于进口的铁芯横剪线用于步进裁剪形成多级步进搭接，以降低接缝位置铁芯的磁通密度，进而降低空载电流和空载损耗，而且该生产线可以获得良好的裁剪精度和几何尺寸，减少硅钢片弯曲和受碰撞的风险;其次是为了进一步控制噪音，需要将H-H胶涂刷于芯柱表面粘接各片使铁芯形成一个整体，即可降低机械噪音也可减少铁芯片产生波浪变形，必要时还可以选用优质的低噪音风机;最后是为防止变压器结构中的铁芯在运输中发生移位，可在长轴方向、短轴方向和铁芯上部分别增设位置合理、数量合适的反压钉，通过铁芯与油箱的一体化实现变压器器身与油箱的可靠固定[4]。
3.2 绕组的制造工艺
绕组质量决定着其抗短路能力，因此在利用立绕机张紧装置对线圈进行绕制时配以拉紧装置，不仅可以实现绕制系数的降低，还可以保证绕组径向绕紧力满足设计要求，提升自身强度减小装配公差。同时为了改善局部放电，还应采用撑条、垫块等绝缘件结合倒角去毛处理操作加以实现，这样的话，与线路接触的所有绝缘件经倒角去毛后使得器身清洁度提高，局部放电量有所减少。此外还有屏蔽式线圈和头部包扎工艺和防尘工艺，其中通过屏蔽段数、屏蔽匝数、屏线跨接形式的确定以及电容分区的合理补偿，可使线圈在雷电时受到的冲击合理分布，提升对雷电的抗击能力;而防尘工艺则指的是线圈车间防尘，主要是在大功率吸尘器、降尘测量仪、除湿空调系统等设备仪器的作用下，保证车间清洁和线圈清洁，为打造零局放变压器奠定重要基础。
3.3 其他部件制造工艺
除了上述制造工艺，变压器制造还涉及器身、引线装配工艺，如为降低变压器的发热量，就必须对其温升进行控制，而这需要借助磁屏蔽和电屏蔽工艺来实现，即将磁屏蔽装置增设于油箱位置，为漏磁创造低磁阻通道，以此减少额外的损耗，以免漏磁引起金属构件发生局部过热。再如在引线装配中注意检查其绝缘距离和静电板位置，焊接可靠无虚焊且无尖角毛刺，引线两面三刀段锥度必须屏蔽好、无断裂、包扎好，爬电距离合理等，以此切实降低局放。
4 结语
不可否认，变压器的结构设计与制造工艺日渐成熟，在具体实践中创造了巨大价值，但依旧存在一定的不足和缺陷，需要及时改进和优化。因此我们应根据实际需求对变压器进行适当的调整，在此基础上改进制造材料与工艺，进而生产出更优质、高性能的变压器。
参考文献
[1] 马江峰，许甜田，孟凡生，等.从运行维护角度浅谈变压器结构设计[J].电工电气，2018（7）：66-67，73.
[2] 赵鹏刚.主变压器的工艺制造和质量控制研究[J].自动化应用，2018（1）：104-105.
[3] 韩秀龙.变压器制造新材料与生产工艺研究论述[J].科技风，2017（7）：192.
[4] 佚名.变压器结构设计与制造工艺[J].电气制造，2016（8）：26.
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