10kV新S9型变压器试制情况分析

1.概述

　　1.1 任务来源

　　根据当前市场对于低损耗节能型10kV三相油浸式配电变压器的需求，行业内企业在可靠性与技术性能不变的条件下，渴望降低中小型变压器材料消耗等情况，在原机械工业部重装司和原电力工业部安生司的指示下，沈阳变压器研究所于1994年初对S9-30～1600/10新型系列油浸式配电变压器进行了开发设计，经过三批试制后，目前已有三百余家企业通过了两部（局、公司）鉴定。

　　1.2 实现目标

　　S9-30～1600/10型系列油浸式配电变压器的开发，经历了市场调研、技术设计、产品施工图设计、专家评审、工艺措施的完善、较大范围的试制直至全面推广应用。已有120家企业分别于1996年4月在无锡和1998年8月在北京通过了“两部（局、公司）”鉴定。到目前为止又有200余家企业参与了第三批试制工作。

　　原S9型产品原材料消耗多，制约了市场的进一步扩大；原材料价格上涨过快，企业难以承受。因此，行业厂迫切需要开发出既可靠又节能、节材的新产品。所以，新S9型产品设计目标是在满足原S9系列的性能指标和进一步提高可靠性的基础上，使变压器的成本有所降低。这样，使由于原材料价格上涨、性能水平提高而带来的材料成本增大等，致使变压器成本上升的不利因素在企业内部得到消化，使产品的售价能维持在用户容易接受的水平。

　　1.3 结构特点

　　 S9-30～1600/10型系列油浸式配电变压器含高压10kV、6.3kV、6.0kV低压0.4kV，高压分接范围±5%，联结组标号Yyn0。硅钢片采用DQ147-30和35Z155两种牌号分别进行系列设计，目前又采用30Q130硅钢片进行了完善化设计工作。每个系列共17个品种51个规格，其性能指标与原S9型产品基本相同。对于中小型变压器不满意之处归纳起来有三个方面：产品通过短路承受能力较差；器身定位与箱盖之间连接不牢靠，运输中引线扯断，器身不“落底”；变压器的油保护不够有效等。

　　S9-30～1600/10型系列油浸式配电变压器的设计，是在总结以往10kV油浸式配电变压器设计经验的基础上，并针对如何解决用户担心和不满意的几个问题而进行设计的。设计的主导思想是提高可靠性、提高产品水平。为了进一步解决现行产品的不足之处，设计中在原有成熟技术的基础上，采用我所的科研成果，对产品结构进行了局部改进。如：扩大了高压圆筒式绕组应用范围，层间绝缘采用网点上胶纸，首末层加强，低压绕组端部线匝不拉平，采用硬端圈无间隙完全支撑，绕组外表面采用紧缩带和微缩半干粘带半叠一层包扎，既保护绕组又增加机械强度。夹件上取消了角板，沿绕组圆周均匀用绝缘块（层压纸板或层压木）支撑，且铁轭绝缘垫块的端面与铁轭主级的端面构成一个平面。铁心采用三接缝，在不增加铁心重量的前提下，使空载性能有所提高。低压绕组与铁心之间为实体硬固定；采用了吊板缓冲定位结构，以及高低压引线的夹持方式等。同时采用了一些新的组件和紧固件等。使之性能和结构方面都达到一个较高的水平。

2.试制的基本情况

　　2.1 企业工艺水平适用性的验证及通过特殊试验能力的考核

　　现有大多数企业工艺装备水平可以满足S9型产品的生产。所采用的材料，市场上均有。由于结构的更改，工艺方法有所不同。如：带有纵向油道的螺旋式绕组的绕制，从结构尺寸上看，既考虑到性能水平的要求，又考虑到短路承受能力的要求，因而结构尺寸严密，制造尺寸要求严格。

　　目前形势十分喜人而又迫切，城乡电网改造对产品质量的要求，不单纯局限于对性能水平的要求，而对通过特殊试验能力的考核日趋迫切，不但要考核其短路承受能力，而且要考核其噪声等指标。鉴于上述的原因和专家意见，对样机的选择上作了调整，明确提出采用代表企业水平和市场需求较大、质量上档次、制造技术基本反映企业全貌的产品做样机。它不仅是验证企业工艺水平适用性，也使企业更加充分的认识到：样机试制合格、通过鉴定不是最终目的，今后，产品稳定生产，达到安全运行，产品质量上台阶才是唯一目的。

　　2.2 提高对产品短路承受能力的认识是实现结构设计要求的保证

　　对参加试制的绝大多数企业来说，有相当一部分企业是第一次做产品短路承受能力试验，对于产品考核短路承受能力试验方面认识不深，认为短路试验做与不做，只是在JB/T56011-92“油浸电力变压器质量分等”中有考核规定，这样一定程度上忽视了对产品短路承受能力的考核。

　　在过去，相当长的时间内，有的企业对分等标准中规定的影响产品短路承受能力的项目，如：夹件平整度、垫块松动及其位置偏差、引线松动、金属紧固件松动、绕组轴、辐向尺寸偏差等执行上均有一定差距，就此问题人们忽视了通过必要的工艺措施，系统的从根本上去保证产品结构设计要求的实现。在一定程度上，对产品考核短路承受能力认识不足，反映在管理力度上不够，虽然企业也制定了相应的内控标准，在某种情况下留于形式，也未得到落实。当然也有结构的原因……早在JB/DQ2247-87，即该标准发布之前，对上述项目的考核，就已经被列入作为短路承受能力方面的主考项考核，但从收到效果来看，未得到实质性的提高。

　　通过这次试制充分认识到，在产品制造过程中某一结构尺寸变化因素或几个结构尺寸变化因素未得到协调，在装配尺寸公差链上也未给予合理解决，结构设计要求难以得到保证，导致产品短路承受能力降低或造成不堪设想的后果。因而，实现结构设计要求的前提是首先提高对产品短路承受能力的认识。长期以来，注重于性能参数水平，忽视产品短路承受能力的思想必须彻底转变。随着检测手段的提高，市场竞争的需要，用电部门把短路承受能力问题也提到议程上来。国标上虽然规定为特殊试验，做为企业无论从哪方面来说，产品做短路试验是必要的，非做不可的，对人员素质的提高和工艺水平的考核都提出了目标值，特别是对产品质量水平上等级提出了更加严格的要求。

　　2.3 样机试制过程中着重解决了下面几个认识问题：

　　2.3.1产品性能参数水平与可靠性的关系，缺一不可。

　　2.3.2产品质量分等标准不能代替企业内控标准。

　　2.3.3变压器结构设计尺寸关系的严密性要得到足够的重视。除设计和工艺人员要熟悉掌握结构设计尺寸的要求外，操作人员也应在一定范围内了解和掌握。在确定部（零）件公差时，要确定公差尺寸消化在某一装配范围内的可能性。公差尺寸确定以后，不能在某一装配环节得以消化，又无相应措施去弥补，这个公差尺寸是不可行的。

　　2.3.4严格“三按”生产；提高执行变压器制造工艺的自觉性。

　　2.3.5操作工的技术水平要得到认可。

　　上述问题的解决，为样机试制成功打下良好的思想基础。

　　2.4 几个认可的工作方法：

　　2.4.1专人进行技术交底，了解设计思想。

　　2.4.2有关工艺纪律的教育，从工艺上保证设计思想的实现。

　　2.4.3强化双方有专人负责，经常保持各种方式的联系，沟通信息，把问题处理在萌芽之中。

3关键问题及解决办法

　　3.1 组织与领导

　　在试制过程中，大多数企业针对有关技术文件和工厂的实际情况制定了切实可行的工艺方案。就可能遇到的问题从图样的消化、工艺工装的准备、材料的选购、零部件的加工、各部件的装配与其总装配以及试验等整个的生产全过程，都有专人负责和协调。特别是针对产品结构和工艺的特殊性进行了必要的人员培训。对可能发生的各种问题，举一反三地系统地进行研究，尽可能的把问题处理在萌芽之中。始终不渝地坚持有领导、有组织的“三按”生产、顺利地完成了试制任务。有的企业以此作为突破口，开展产品上等级、创“名牌”活动，收到良好效果。

　　3.2 S9与S7结构设计和材料选用的对比

　　通过S9与S7结构设计和材料选用的对比分析得出制造S9型产品所必要的工艺条件和结构设计对工艺要求的严格性。

　　3.3 主要工艺措施：

　　大多数企业针对变压器短路承受能力，就器身轴向压紧和辐向撑紧，达到贯穿性有效支撑问题。如：铁心和低压绕组之间、低压绕组和高压绕组之间形成实体硬固定；高、低压绕组要保持等高；以及对带有纵向油道的螺旋式绕组的绕制，从对导线的选择到绕制完成，包括对绕组出头崴弯成形与绝缘包扎、及其与端绝缘的固定，导线换位包扎处理方法，帘状油隙垫块的放置，绕组压缩前、后轴向尺寸变化量的控制与其相关绝缘件的加工等方方面面都有明确的控制原则和工艺措施。

　　与此同时，对铁心的迭积与装配如：夹件、垫脚与轭片装配位置的控制，心柱级块与绝缘（平衡）垫块配合，心柱的夹紧与涂聚胺脂漆等也做了较具体的要求。

　　为保证和控制层压绝缘压板及绝缘垫的质量，对纸板层数、涂胶方法、热压强度等在工艺加工过程中都做到严格的控制，收到良好效果。

　　可以说，大多数企业就影响产品性能和可靠性的各种制造因素均依据产品结构特点和尺寸相对关系，定量或定性的加以控制。具有针对性的在一定范围内对其某一个项目进行量的考核；既使定性的加以控制，也确定了在一定范围内定量的考核，使其相关尺寸积累公差消化在合理结构尺寸范围内。这样，依据相应的专业标准制定了切实可行的内控标准。它是结构设计实现的依托，它具有一定操作性。

　　大多数企业从提高配电变压器整体制造质量水平出发，注重性能水平和可靠性的提高，又在内在质量和外观质量提高上下了很大工夫，成效是显著的。

　　有的企业试制过程中也遇到一些问题，如：温升问题。

　　有的个别企业，低压绕组绕制时，纵向油道底纸有皱褶或多余纸头，浸漆时漆的粘度大，滴漆的时间又短，绝缘装配时还没有注意清理绕组下端面残留的漆瘤、漆疤，使其油道堵塞，导致温升偏高，经一番周折，采取必要的措施，得到解决。

片式散热器合片厚度过小等影响，导致散热效果降低，变压器温升偏高，经调换片式散热器得到解决。在总损耗一定的情况下，散热效果的好坏，取决于散热面的大小。事实上，在片式散热面一定情况下，片与片间的距离大小，合片的厚度，上（下）油的出（进）口所在的位置均影响散热效果。据有的企业反映，目前有的厂家生产的散热器的合片厚度仅在7~8mm，甚至低于7mm。

　　其它的组件如：1kV复合式套管的质量应予以注意。

　　密封胶垫龟裂是常见的。

　　器身紧固防松螺母的代用问题。

　　组件需要进行统一定点是必要的。

　　3.4 绕组最热点温度的测量

　　变压器在满负载下连续地运行是不常见的，负载是经常波动的。依据GB/T15164-94“油浸式电力变压器负载导则”中，“为了使变压器在预期负载条件下运行，且把运行危险控制在适当的危险程度中”，就“配电变压器只须考虑热点温度和热劣化”的要求，并针对“绕组最热区所达到的温度，是变压器最关键的限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”是必要的。

　　因而，我所委托有关单位对一台S9-630/10样机进行了热点温度直接测量，测量采用光导纤维测量仪（自动打印测量结果），结果符合GB/T15164-94标准要求。采用这种直接测量方法要比估算方法更准确。

　　3.5 对图样的完善化工作

　　根据前两批试制的情况对产品图样进行一次调整设计或改版，使之更加趋于完善合理。改版后的负载损耗情况有了较好的改善。

　　4.试制结果

　　4.1 对样机的评价

　　从试制整体水平看，产品试制成功棗试制的样机代表S9-30～1600/10一个系列产品水平。

　　4.2 对企业生产必备条件的评价

　　企业的生产条件是可以满足S9-30～1600/10的生产必备条件。

　　4.3 企业整体水平得到提高棗突出再现在以下几个方面：

　　4.3.1结合样机试制在一定程度上完善了内控标准，使标准具有一定的先进性及严密性。

　　4.3.2结合样机试制在一定程度上完善了制造工艺，使工艺具有一定的适用性及合理性。

　　4.3.3使人们更加充分认识验证产品短路承受能力的必要性，从中总结出中、小型变压器短路承受能力应具备的条件，满足于短路试验合格就会固步自封，无论是在从变压器生产的角度，还是从变压器运行来讲，在短路的情况下，能够安全可靠运行，其意义更为重大。

　　4.3.4参加试制的企业中，有一部分企业是首次组织新产品试制鉴定工作，这对他们来说，一定程度上完善了新产品试制工作管理制度以及新产品试制工作的各种要求等。

　　4.3.5对企业提高产品质量水平提出了目标值。

　　4.3.6提高了执行强制性标准自觉性。

　　4.3.7对高耗产品的淘汰提供了技术储备；进一步增强和完善了市场竞争的机制。

　　5.结论

　　300余家企业通过了全部试验，尤其是通过了短路承受能力试验，证明了S9-30～1600/10型系列油浸式配电变压器具有较高的可靠性，可以满足用户的需求。特别是在产品性能不降低、经济指标适中的前提下，其结构设计合理，针对短路承受能力上的措施是可行的，符合企业现有生产工艺条件。因而，有广泛推广应用价值，可以满足城乡电网改造对10kV配电变压器的需要。