浅谈超高压变压器的完整技术体系

浅谈超高压变压器的完整技术体系

超高压变压器的设计与制造，依赖于完善的技术体系作为变压器可靠性与经济性的保彰。否则，变压器的设计与制造过程，若无规可循、无据可依，而过度依赖个别人员的设计与制

造经验，则将直接导致大型变压器的设计质量与制造质量存在各种隐患，变压器的可靠性与

经济性无从谈起，可能造成企业巨大经济损失并严重削弱市场竞争力。此外，对于企业本身

技术团队的进步与建设，亦百害而无一利，极不利于企业的长远发展。

依照我的浅见，符合当代西方超高压变压器设计及制造技术理念的完整技术体系应由以

下要素构成：

一. 全套电力变压器设计手册，电压等级涵盖35kV ~ 220（500）kV、容量420000kVA及以下，包括但不限于：

（1）电磁计算手册；本手册指导所有双圈及三圈、有载及无载、自耦及非自耦变压器的电磁

计算，包括空载损耗、负载损耗、阻抗、温升等主要参数；

（2）线圈设计手册；本手册指导电压等级220kV及以下的所有典型线圈结构设计；

（3）绝缘设计手册；本手册指导电压等级220kV及以下的所有典型器身绝缘的结构设计； （4）铁芯设计手册；本手册指导典型铁芯（单相或三相、三柱或五柱）及夹件的结构设计； （5） 引线设计手册；本手册指导电压等级220kV及以下的所有典型引线绝缘的结构设计； （6） 油箱设计手册；本手册指导所有典型油箱及升高座等外部钢结构件的结构设计；

（7）外装设计手册；本手册指导所有外部装配的结构设计；

二. 变压器设计系列软件，包括但不限于：

（1）《大型油浸式变压器优化设计软件》；在设定技术参数要求值、现行主材价格的前提下，

根据数据库中的铁芯及导线数据，快速计算输出满足性能要求的成本最优化的基本设计方案，必须涵盖电压等级220kV及以下、双圈及三圈、有载及无载、自耦及非自耦的电力变压器。 （2）《雷电冲击波过程计算软件》；模拟变压器在雷电全波冲击、截波冲击电压作用下线圈各

点的对地电位分布及线圈段间电位分布，以此作为电气设计时校验线圈间主绝缘、线圈纵绝

以及有载开关的主、纵绝缘安全裕度的计算依据。

（3）《负载损耗计算软件》；准确地计算出大型变压器的负载损耗；该程序应可将线圈间安匝

分布不平衡而引起的横向漏抗引起的附加涡流损耗亦考虑在内，根据已知的线圈间的轴向电

抗和横向电抗，计算出线圈的每一个线饼的轴向涡流百分数和横向涡流百分数，从而达到较

为准确地计算大型变压器负载损耗的目的。

（4）《阻抗计算软件》；准确地计算出大型变压器的阻抗电压；该程序应可将线圈间安匝分布不平衡而引起的横向漏抗以及端部漏磁弯曲效应考虑在内，根据变压器的磁势平衡方程式，计算出多线圈变压器在各分接下的轴向电抗和横向电抗，这对于阻抗允许偏差较小的大型变压器有重要意义。

（5）《短路机械力计算软件》；根据变压器线圈的安匝分布，计算出在系统容量无穷大的最严格情况下的各线圈所有线段受力状况，包括轴向机械力、辐向机械力、内线圈向内弯曲应力、外线圈向外拉伸应力、垫块压缩应力、端部导线应力、线段侧倒力以及螺旋式线圈的反弹力等等，这些数据为提高变压器抗短路能力提供了可靠的理论依据。

（6）《漏磁通计算软件》；根据变压器线圈的安匝分布，计算出变压器内部金属结构件（铁心拉板、夹件）及变压器油箱各点的漏磁通量，由此求出夹件、拉板和油箱的最大温升；针对结构件中温升数据，确定是否需要采取油箱磁屏蔽、夹件磁屏蔽、拉板开隔磁槽以及使用低磁钢板制作结构件等措施，以防止结构件的局部过热，同时降低变压器的杂散损耗。

（7）《铁心截面分割计算软件》；根据指定的铁芯硅钢片的单位损耗参数，在设定铁心在110%过励磁情形下的铁心内部容许温升和表面容许温升后，计算出满足温升条件的合理的铁心截面分割；尤其在计算铁芯设计手册指定形状和直径以外的非标准铁芯直径尺寸和形状时相当必要。

（8）《循环油流计算软件》，分别计算出自然油循环下及强迫油循环下各线圈的油流量分配、水平油道流速、线圈内外侧垂直油道的流速、线圈对油的平均温升。根据温升计算结果，调整冷却器数量、导向挡油板数量、导油孔大小及数量、线圈内外侧垂直油道宽度、水平油道大小，以满足线圈温升的要求；另外，出于抑制油流带电的需要，控制各处油流速度在许可的范围内。这对于特大容量及超高压变压器很有必要。

（9）《INFOLYTICA专业电磁场仿真软件》；MagNet是Infolytica公司开发的2D和3D 低频电磁仿真分析工程软件。MagNet采用有限元法，这个方法经过Infolytica软件研发人员的不断完善和增强，可以精确和快速地对2D和3D电磁模型进行建模和计算，并通过完善的后处理，方便的提供给设计者所需要的数据和图表。MagNet强大的参数化功能和脚本语言，使MagNet成为工程师对设计模型建模和优化的最佳工具。结合ElecNet、ThermNet系列软件，对变压器的复杂电场、磁场、温度场进行全面仿真，输出所需的损耗、阻抗、温升等数据；这样可以减少由于设计参数的变化带来的样机制作与试验过程，大大减少了产品的研发周期，降低研发成本。

三. 变压器制造作业指导书（工作规范书）

“作业指导书”，相当于国内变压器企业惯有的“技术条件”的升级版，它比技术条件更

加详尽、指导性强；作为控制工序质量的主要依据，规范现场操作，保证质量；在吸收行业新技术、新材料、新设备、新工艺等先进实用成果的基础上，结合技术发展与实践经验进行编撰，可详尽指导制造现场的每一步操作。它可使新手尽快掌握各个工序步骤的标准作业细节。在日本东芝技术体系中，“作业指导书”之外还另有“工作规范书”，“工作规范书”通常叙述适用对象、材料、制作简要过程、质量标准，而“作业指导书”则详细描述适用对象、配套工装设备、材料、工艺准备、分步骤的操作过程、检验方法及注意事项，它是根据工作规范书的要求具体指导操作过程，相当于手把手地演示零部件制作过程或工艺流程。

四． 通用图图库

通用图，即把不同规格、容量变压器产品所常用、共用的零部件以固定代号的图样绘出，以便在设计中引用；因为即便大型变压器规格千差万别，但仍有许多零部件的规格是一致或相仿的，例如升高座、压力释放阀、法兰、端圈、密封垫、静电板、撑条、角环、连接管等等，至少是形状相同，所不同者仅为个别参数（长度、宽度、内外径等），因此只需在通用图中引入些许变量参数即可定义该零件。建立尽可能完善的通用图库的益处是，减少出图工作量，减少设计差错和制造差错，并且有利于零部件的库存管理和提高生产效率。因此，国内传统变压器大型厂家都建有完备的通用图库，并随着产品结构升级和技术更新持续补充。

五. 工序质量管理WSS体系

WSS体系：指把从原材料，零部件进货后的入厂检验到产品完成的整个过程分成细致的作业工序（工作站：ＷＳ），在每个工作站设定了所需的检查，并加以实施，只有通过检查合格的产品才能移交下一个工作站，最终生产出令人满意的产品的系统；

基于大型油浸式电力变压器的制造流程，根据设计图样要求的质量，把变压器制作全过程划分为适当的工序，确定工序作业内容、作业方法、判断标准、质量控制记录，明确各工序的检验项目、自检、互检、专检点设立，上下工序间相互传递有据可查，具有可追溯性。分别编制油箱制作、铁心制作、线圈制作、线圈整体绝缘装配、变压器器身装配、变压器总装配WSS体系图。

六. 试验指导书及检验表

试验指导书，指包括检验试验的内容、顺序、注意事项、结果的判定方法、判定标准在内的操作程序写成的指导书；指导变压器的出厂试验、型式试验及特殊试验的作业规范；

检验表，指对每个工序能明确表示出“谁应该检验什么？”，能记入检验结果并盖章，并