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1、培训课程的目的及要求,掌握变压器技术要求。掌握本工序工艺问题分析和解决的技术思路。掌握本工序常见问题处理措施。提升车间员工的质量意识。,培训课程的主要内容,第一章、变压器基础知识和专业名词第二章、电磁线及绝缘材料的质量要求和技术参数第三章、线圈制造过程中常见问题的处理第四章、线圈组装过程中常见问题的处理,第一章、变压器基础知识1.1 变压器原理和型号1.2 变压器线圈的基本要求1.3 变压器线圈制造重要概念,（1）变压器基本原理 它有一个共用的铁芯和与其交链的几个绕组，且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时，通过电感生磁、磁感生电的电磁感应原理改变电压(电流)，在其余绕组上
2、以同一频率、不同电压传输出交流电能。因此，变压器的主要结构就是铁心和绕组。,1.1变压器基本原理和型号,（2）变压器型号的表征（简单复习一下）,1：耦合方式,2：相数,3：绝缘介质,4：冷却方式,5：油循环方式,6：绕组数,7：调压方式,9：铁心材质,8：导线材质,10：性能水平,11：特殊用途,13：额定电压,12：额定容量,14：使用环境,变压器产品型号举例如下：,（1）一台三相、油浸、风冷、双绕组、无励磁、铝导线、20000kVA、110kV、性能水平为9型，电力变压器产品。SFL9-20000/110（2）三相、油浸、水冷、强迫油循环、双绕组、有载调压、铜导线、360000kVA、22
3、0kV低噪声电力变压器，性能水平9型：SSPZ9-Z-360000/220,1.2变压器线圈的基本要求（1）电气强度要求 长期工作电压：保证在工作电压作用下不发生局放或击穿。大气过电压：运行中的变压器不允许直接遭受雷击。雷击电流在避雷器阀片电阻上产生电压降，这个残压比变压器工作电压高若干倍，是确定变压器雷电冲击试验电压的依据。操作过电压：电力系统正常操作中出现的过电压，如空载变压器或空载长线路的投入与切除。这种过电压是一种衰减震荡波，持续时间较短。暂态过电压：系统突然失去负载或单相故障接地、电弧接地、铁磁谐振等情况会出现这种过电压，通常可达到额定电压的1.3-1.5倍，作用时间不足一秒至十秒。
4、,（2）机械强度要求 根据电磁原理，在磁场中放置的载流导体，在电场和磁场的作用下受到电动力的作用，其遵守左手定则。变压器正常运行条件下：B和绕组中的IN均接近于额定，因此电动力不大，但也不能忽视，如在绕组制造过程中，线段松动，导线瓢曲，导线表面有裂纹、毛刺、焊头处理不好、绝缘破损等都会在电动力的作用下使缺陷扩大而放电造成变压器损坏。系统出现过电压，变压器短路运行下：短路电流为IN的数十倍，电动力FI2,因此受到的电动力为正常运行时的数十倍甚至数百倍。,（3）耐热要求 正常工作耐热：在长期运行过程中，绕组绝缘能够耐受变压器损耗引起的发热和温度升高，绕组绝缘的使用寿命应不小于预订的寿命期限 突发短
5、路情况下：绕组应能承受短路电流产生的热作用而无损伤。,（1）绕组的额定电压在处于主分接的带分接绕组的段子间或不带分接的绕组端子间，指定施加的电压或空载时感应出的电压。对于三相绕组，是指线路段子间的电压。用Ur表示，单位kV。注1：当施加在一个绕组上的电压为额定值时，在空载情况下，所有绕组同时出现各自的额定电压值。注2：对于拟联结成星形三相组的单相变压器或接到线路与中性点之间的单相变压器，用相-相电压/3来表示额定电压。注3：对于要接到网络相间的单相变压器，用相-相电压表示额定电压。,1.3 变压器线圈制造重要概念,（2）额定电压比一个绕组的额定电压与另一个具有较低或相等额定电压绕组的额定电压之
6、比。（3）额定容量某一个绕组的视在功率的指定值，与该绕组的额定电压一起决定其额定电流。（用Sr表示，单位kVA）注1：双绕组变压器的两个绕组具有相同的额定容量，这个数值也就是这个变压器的额定容量。注2：三绕组变压器的三个绕组的额定容量可能不同，变压器注明的额定容量是数值较大的那个绕组的额定容量。,（4）额定频率变压器设计所依据的运行频率，用Fr表示。（我国是50Hz）（5）额定电流由变压器额定容量Sr和额定电压Ur推导出的流经绕组线路端子的电流。用Ir表示，单位A。注1：对于三相变压器绕组，其额定电流表示为：Ir=Sr/（3*Ur）注2：对于联结成三角形接法以形成三相组的单相变压器绕组，其额定
7、电流表示为线电流处以3：Ir=I线/3注3：对于不联结成三相组的单相变压器，额定电流表示为：Ir=Sr/Ur,（6）空载损耗 当额定频率下的额定电压施加到一个绕组的段子上，其他绕组开路时所吸取的有功功率。（7）空载电流 当额定频率下的额定电压施加到一个绕组的端子上，其他绕组开路时流经该绕组线路端子的电流方均根值。注1：对于三相变压器，是流经三相端子电流的算术平均值。注2：通常用占该绕组额定电流的百分数来表示。对于多绕组变压器，是以具有最大额定容量的那个绕组为基准的。,（8）负载损耗 在一对绕组中，当额定电流流经一个绕组的线路端子，且另一绕组短路时在额定频率及参考温度下所吸收的有功功率。此时，其
8、他绕组（如果有）应开路。注1：对于双绕组变压器，只有一对绕组组合和一个负载损耗值。对于多绕组变压器，具有与多对绕组组合相应的多个负载损耗值整台变压器的总负载损耗值与某一指定的绕组负载组合相对应。通常它不能在试验中直接测出。注2：当绕组组合对应两个绕组的额定容量不同时，其负载损耗以额定容量小的那个绕组中的额定电流为基准，而且应指出参考容量。,第二章、电磁线及绝缘材料的质量要求和技术参数2.1电磁线质量要求及常见问题的处理2.2绝缘材料质量要求、技术参数及常见问题,（1）电磁线质量要求裸铜扁导体表面应光亮、清洁、无明显缺陷。不允许出现的缺陷：三角口、麻坑、毛刺、裂纹、油污、金属粉末、夹杂物、氧化层
9、，退火后粘接、凹陷、凸起的沟道、腐蚀的斑点、机械损伤、捆绑印痕、“S”形弯、折叠、突起和尖角。裸铜导体尺寸偏差应符合相应产品的技术要求。裸铜扁导体允许局部呈现金黄色、浅红色，但其它氧化色一律不允许出现。,2.1电磁线质量要求、技术参数及常见问题,（2）电磁线产品用铜导体技术参数有哪些？紫铜有很好的加工硬化性能，经过冷加工变形，强度可提高一倍，而塑性降低好几倍。加工硬化后的紫铜可通过退火恢复其塑性。我厂变压器产品使用的电磁线用铜为一号铜，含铜量99.95%。20时的铜扁线物理参数电阻率20=0.017241.mm2/m。电阻温度系数=0.00393 1/；线膨胀系数0.000017 1/。密度
10、8.89 g/cm3。半硬铜屈服极限（0.2）范围（150210）Mpa。半硬铜伸长率15%。,（3）导线断路和电阻大的原因：铜杆、铝杆原材料的材质差，含杂质超出国家标准，造成电阻偏大。导线拉制后无氧退火处理不当，使导线软硬不均匀甚至枯化变脆导致电阻大。导线截面积偏小，亦会导致电阻偏大。导线焊接头质量不合格，由于焊接电流焊接温度达不到工艺要求，导致焊接头虚焊假焊、焊接裂纹等缺陷，会导致焊接头电阻过大。有时焊接头在线圈受力时断裂。,（4）导线质量的缺陷导线局部截面积减小：局部电阻增大，导致局部过热。导线表面氧化：电阻率较大，增加损耗，引起接触不良和局部过热。导线划伤、毛刺和凸起：刺破匝绝缘，造成
11、短路和击穿。绝缘层开裂、缺层、漏缝：绝缘性能降低，导致短路和击穿。绝缘层松散、起皱：浸油后绝缘层膨胀粗大堵塞油道。漆膜针孔：针孔处绝缘性能降低，导致短路和击穿。漆瘤：容易划伤漆膜，刺破导线绝缘，造成短路和击穿。清洁度差、油污、金属沫、夹杂物：可能构成爬电路径降低绝缘层绝缘性能，金属异物成为可能的放电点破坏原有的绝缘结构直接影响变压器安全运行。,（1）绝缘材料的概念、功用及分类 绝缘材料又称电介质，它是电阻率很大（大于1*107.m）、导电能力很差的物质的总称。在直流电压作用下，只有极其微弱的电流通过，一般情况下可忽略绝缘材料微弱的导电性，而把它看成理想的绝缘体。绝缘材料的主要作用是用来隔离带电
12、体或不同电位的导体，以保证用电安全，如用绝缘筒隔离变压器绕组与铁心，用外塑套隔离导线保证人身安全。此外在各类电工产品中，由于技术要求不同，绝缘材料还往往起着支撑、固定、灭弧、储能、改善电位梯度、防潮、防霉、防虫、防辐射、耐化学腐蚀等作用。绝缘材料的种类繁多，一般按照材料的物理形态分为气体绝缘材料、液体绝缘材料、固体绝缘材料。常用的气体绝缘材料有空气、氮气、二氧化碳和六氟化硫（SF6）等，常用的液体材料有变压器油、电缆油等，常有的固体绝缘材料有绝缘漆、胶、纸、纸板等绝缘制品等。,2.2绝缘材料质量要求、技术参数及常见问题,（2）绝缘材料的电气性能绝缘材料的导电特性绝缘材料并非绝对不导电，当对绝缘
13、材料施加一定的直流电压后，绝缘材料中会流过极其微弱的电流。在固体电介质中，它由三部分组成。a.瞬间充电电流Ic，这时的电介质相当于一个电容器，在开始施加直流电瞬间，电容器相当于短路，电流值较大，随时间增加而逐渐衰减为零。b.吸收电流Is，由电介质极化等原因产生，随时间增加而衰减为零。c.泄漏电流IL,由材料内部带电质点导电而产生，它是一个稳定不变流过电介质的电流。,绝缘材料的电阻率：泄露电流由沿电介质表面流过的电流和由电介质内部流过的电流两部分组成，电阻率也相应分为表面电阻率和体积电阻率两部分。表面电阻率反映电介质表面的导电能力，其值较小，易受环境影响。体积电阻率反映电介质内部的导电能力，其值
14、较大，通常所说的电阻率是指体积电阻率。影响绝缘材料电阻率的因素主要有以下几种：a.温度：温度升高，电阻率下降，绝缘电阻减小。b.湿度：水分的侵入使电介质增加了导电离子，使电阻率下降，绝缘电阻减小。因此要避免绝缘受潮。c.杂质：绝缘材料中的杂质在电介质内部增加了导电离子，使电阻率下降。绝缘电阻值对绝缘材料中所含杂质的反映很灵敏，工程上常用测量体积电阻率的方法来了解和控制杂质的含量。,d.电场强度：在电场强度不太高的情况下，电场强度对固体、液体电介质的离子迁移能力和电阻率的影响很小；在较高的电场强度作用下，固体、液体电介质中离子迁移能力增强，使电阻率下降，绝缘电阻减小；当场强足够大时，电介质的绝缘
15、电阻几乎消失，泄露电流急剧增大，我们称之为绝缘材料的击穿。气体的导电机理有所不同，气体分子在外电场作用下，一方面出现电子产生的游离过程，另一方面又不断形成正负离子结合的复合过程。电场强度在一定的范围内，气体因游离产生的电流很小，气体具有良好的绝缘性；当场强足够大时，气体分子的碰撞游离大大加剧，电流急剧增加，气体因游离而击穿。若去掉外电压，气体又可以恢复其绝缘性能。,电介质的极化 电介质在无外电场作用时，不呈现电的极性，而在外电场作用下，电介质沿场强方向在两端出现了等量的不能自由移动的束缚电荷，我们把这种现象称之为电介质的极化。场强越大，表面束缚电荷就越多，极化就越显著；外电场撤除，极化即消失。
16、电介质的介质损耗 在交流电压作用下，电介质把部分电能转变成热能。这部分能量叫电介质的介质损耗，简称介损。它主要由两部分组成，一部分是由泄露电流引起的电阻损耗；另一部分是极化过程中，介质分子交变定向排列时相互碰撞而引起的计划消耗。,介损由泄露电流和极化电流引起，故所有影响介质电阻和极化的因素都会影响介损的大小。其主要影响因素有：a.频率：温度不变时，在低频范围内总损耗几乎与频率无关，在高频区介损值很大，所以高频条件下采用tan很小的介质。b.温度：温度对介损的影响较大，在低温区tan随温度升高增大，在tm处达到峰值，温度再升高，tan反而会减小，如温度继续升高，则tan将急剧增加，易导致介质击穿
17、。所以在高频或高压电气设备中应根据tan与温度的关系曲线慎重选择绝缘材料，避免出现tan峰值。c.湿度：电介质吸湿后，漏电阻减小，泄漏电流增加，介损明显增大，如纸的含水量从4%增加到10%时，tan会增加100倍。d.场强：场强增大，一般来说tan基本不变。但如果介质内部有气泡或气隙，则当外加电压升高到某一值时，气泡或气隙中会出现游离放电，tan显著升高。工程上常用此法检查绝缘材料内部是否有气泡或气隙，以保证绝缘质量。,电介质的击穿和击穿强度：当施加于电介质的电场强度高于临界值时，会使通过电介质的电流急剧增加，使电介质完全失去绝缘性能，这种现象称为电介质的击穿。电介质发生击穿时的电压称为击穿电
18、压，击穿时的电场强度称为击穿强度，单位为kV/mm。固体电介质的击穿分为强电击穿、放电击穿和热击穿三种形式。影响固体介质击穿的因素很多，当环境温度增加及介质受潮时，热击穿电压降低；一般情况下，电压作用时间的增加会降低击穿电压；绝缘材料内部的气泡和杂质也会使击穿电压降低；电源频率过高，介损过大，会导致介质发热而降低热击穿电压；场强不均匀，击穿电压越低；介质厚度增加，在增加强电击穿电压的同时，也降低了热击穿电压。,提高固体介质击穿强度的方法：由此可看出，影响电介质击穿的因素很多，在工程上常用以下方法提高固体介质的击穿强度：（1）通过精选材料、改变工艺、真空干燥、强化浸渍等方法，清楚固体介质中的杂质
19、气泡、水分，并使电介质尽量均匀密实。（2）改进绝缘设计，采用合理的绝缘结构；改变电极形状及表面粗糙度，尽量使电场分布均匀。（3）用液体电介质浸渍固体绝缘材料，这样既能改变电场分布，又可以改善散热条件。（4）改变运行条件，注意防潮、防污、加强散热冷却等。,第三章、线圈制造过程中常见问题的处理3.1变压器线圈短路力分析3.2变压器线圈制造典型问题,（1）绕组磁场的分布图(以无励磁双绕组变压器为例)：,3.1变压器线圈短路力分析,（2）绕组电动力分布图：,（3）变压器短路的三种情况：这三种短路情况中以三相同时短路最为严重，在设计TR时，一般也以三相短路来计算电动力。一般对于小容量变压器其短路电流约为
20、额定电流的2030倍；对于大容量变压器，其短路瞬间电流也等于额定电流的1518倍。巨大的短路冲击电流将使绕组遭受到很大的电动力并使绕组温度急剧升高，在高温下导线的机械强度迅速下降。,（4）以下是在各种电动力作用下绕组的破坏：横向电动力：内绕组受压应力。内绕组内壁是由撑条支撑，压应力过大，将会沿导线以撑条作为支点，产生永久弯曲变形。外绕组受拉应力。导线强度不够则导线被拉长，绕组直径扩大，发生永久变形和匝绝缘破裂，形成匝间短路，使绕组烧损。,纵向电动力：沿圆周以鸽尾垫块为支撑的饼式绕组，以导线为弯梁产生波浪永久变形。通常为对称变形：,纵向相互位移：这种往往是制造装配不良，高低绕组间原来就存在位移导
21、致安匝不平衡所导致。线段的位移：导线的歪斜和倒塌。,（1）测量三相线圈直流电阻数值相差较大。线圈材质问题（不是同一厂家、同一批次的材料）；线圈内部有短路或断路现象；线圈长度不一致造成；导线焊接质量造成接触电阻过大。,3.2变压器线圈制造典型质量问题,（2）用双臂电桥测量法分析并确定并联导线短路点的位置。因为：Ra/Waf=Rac/W 所以有：Waf=Ra*W/Rac（*）又因为：Rab=Ra+Rf+Rb=X，Rac=Ra+Rc=Y，Rbc=Rb+Rf+Rc=Z（X、Y、Z可用电桥测量得到）可得到：X+Y-Z=2Ra带入（*）式可得：Waf=（X+Y-Z）*W/2Rac=(Rab+Rac-Rbc
22、)*W/2Rac,（3）线圈内部出现短路点原因分析：组合导线绕制的线圈存在股间短路点。a.如组合导线绝缘层内内的金属异物将线芯间绝缘磨破导致股间短路。b.导线自身表面出现尖角毛刺缺陷，将导线间绝缘扎破，线芯间绝缘性能丧失，导致股间短路。线圈出头导线弯折出现毛刺损伤绝缘后造成股间短路。换位导线内部线芯存在短路点（导线漆膜损伤，内部有杂质异物）。线圈的换位S弯处出现短路点（S弯进垫块受力集中，换位剪刀口，S弯导线绝缘损伤）。导线扭曲变形产生压装短路。,（4）导线搭接焊接质量问题分析和处理：不合格现象：假焊、导线搭接错位、导线表面处理不光滑、焊料填充不饱满、焊接温度不够。解决方法a.将不合格的焊头熔
23、掉后，重新焊接。b.在焊料熔化期间适度调整两根导线的位置。c.导线搭接长度应为导线厚度的5-8倍。d.焊接时应先对好两根导线的位置再用焊夹夹紧。e.焊接时必须将焊料填充饱满，焊接温度严格控制。f.焊接后的导线表面处理光滑，无尖角毛刺。,（5）线圈绕制幅向超差原因分析a.操作原因（绕制不紧实，匝间加放的绝缘件超量，出头变形，等）b.导线原因（导线外形尺寸的累积偏差，导线扭曲变形，等）c.结构原因（内外角环结构，满匝结构，外露屏结构，等）。解决方法a.操作过程（绕紧，绝缘件加放准确，出头控制）b.导线原因（导线外形尺寸的准确测量，采取绑扎等措施调整导线外形）c.结构原因（去除匝间垫和内径垫、去除油
24、道条等）d.无法处理的要及时联系技术人员。,（6）绝缘筒撑制局部缝隙超差不服帖原因分析a.纸板筒不圆、大小头、等绝缘筒制造问题。b.纸板筒在制造存放和运输过程中变形，导致在模具上撑紧时受力不均，造成撑制间隙。c.模具腹板变形，上下部尺寸偏差大，造成撑制间隙。解决方法a.如遇纸板筒变形可适当用1.0mm纸板调节变形部位。b.在纸板筒制造存放、运输过程中保持纸板筒平直防止变形。c.模具定期检查，及时校正，保证模具尺寸符合偏差要求。,（7）线圈在加压出炉后线圈高度出现正负偏差过大的情况原因分析a.线圈绕制过程中加放调节垫块不准确。b.线圈入炉干燥过程中存在干燥不彻底，绝缘收缩不到位问题。解决方法a.
25、准确测量导线外形尺寸（考虑累积偏差，用调节垫块补偿）b.按工艺要求计算油隙垫块收缩量（考虑干燥收缩量，用调节垫块补偿）c.线圈出炉后，对高度偏差进行分析，若是干燥不彻底应重新干燥。d.若线圈干燥已彻底，则对线圈油隙垫块进行调整，保证电抗高度。e.补充：绝缘纸板应采用相同批次和相同规格的纸板，有利于绕线车间控制线圈高度。,（8）线圈干燥出炉后发现，换位导线线段倾斜变形原因分析a.线圈绕制不紧实、线段八字形。b.线圈结构缺陷（匝数多、屏线多、绝缘厚）。c.换位导线自身问题（纸包松散、自粘漆不粘结）d.线圈干燥压力过大（干燥设备超压、干燥压力值计算错误）解决方法a.改进线圈结构b.维修设备，保证恒压
26、干燥过程不出现超压现象。c.线圈绕制紧实可靠，消除线饼八字形。d.屏线预干燥处理后再绕制线圈。e.减小线圈干燥压力,（9）线圈组装过程中围板外径尺寸超差（偏大或偏小）原因分析a.撑条绝缘件变形或撑条厚度尺寸累计偏差b.主空道套装余量数据不合理c.内线圈表面不平导致锁条装配后外径尺寸超差d.线圈外径偏大。e.器身绝缘结构原因（大瓦楞结构容易偏负，撑条帘结构容易偏正）解决方法a.线圈组装前认真测量绝缘件尺寸（撑条、瓦楞等）b.提前准备纸板条对围板直径进行调整。c.组装过程中认真测量围板外径，提前进行预测调整。,（10）螺旋式线圈撑条垂直度偏差超标原因分析a.撑条粘接时出现平行倾斜现象b.撑条涂胶少粘接不牢固，螺旋式线圈出头反弹导致撑条位移。c.线圈出头长重量大，出头绑扎时由于重力作用导致出头位移。d.撑条为端部带台阶结构，端部悬空无法固定容易变形位移。解决方法a.采用8字形绑扎，保证出头绑扎紧实。b.用锁紧木棒和收紧器将线圈出头固定牢固，防止回弹。,
