導(dǎo)讀
最近一場針對配電變壓器抗短路技術(shù)研討會在沈陽變壓器研究院召開，就目前配電變壓器短路能力試驗通過率低的現(xiàn)象，進(jìn)行技術(shù)討論及應(yīng)對方案的交流。國網(wǎng)公司針對配變抗短路強(qiáng)度技術(shù)措施討論會一輪又一輪，《提高10kV配電變壓器承受短路的動穩(wěn)定能力技術(shù)措施》也在業(yè)內(nèi)傳達(dá)。此前有業(yè)內(nèi)人士稱全國10kV配電變壓器90％不合格。國網(wǎng)物資部2016年3月在京召開了關(guān)于提升配變抗短路強(qiáng)度問題的匯報會議。目的就是加強(qiáng)配電變壓器抗短路能力的提升。EPTC變電專業(yè)技術(shù)委員會召開“非晶合金配電變壓器短路能力提高措施研討會”等等，在那么多密集的行業(yè)專題研討會的背后，是一份份“國網(wǎng)公司關(guān)于供應(yīng)商不良行為處理情況的通告”，在2017年配變專項質(zhì)量監(jiān)督隨機(jī)抽檢中，配電變壓器短路能力承受試驗不合格占據(jù)配變設(shè)備所有問題的絕對大多數(shù)，這一現(xiàn)象已經(jīng)引起行業(yè)專家和電力部門高度重視，再加上湖南、廣東等地配電變壓器爆炸傷人事件,變壓器抗突發(fā)短路問題已經(jīng)不是一個簡單的招標(biāo)、抽檢、處罰、警告、開會然后還是招標(biāo)、抽檢、處罰、警告、開會，最后不了了之的一次次循環(huán)。
抗突發(fā)短路難嗎？
變壓器抽檢項以突發(fā)短路試驗不合格為主，也有部分為空負(fù)載損耗不合格和局放不合格。突發(fā)短路試驗為型式試驗項目，破壞性試驗，考驗的是變壓器設(shè)計、制造過程中線圈、鐵芯及裝配機(jī)械強(qiáng)度，配電變壓器抗突發(fā)短路的能力，要全線產(chǎn)品達(dá)到通過抗突發(fā)短路試驗的要求，對變壓器生產(chǎn)設(shè)計、工藝以及企業(yè)應(yīng)承擔(dān)的制造成本是一個不小的難題。一方面需要面對市場競爭即本就不高的中標(biāo)價格，另一方面還要面對來自各方面的制造成本（如：主要材料的價格上漲不定因素，尤其是中標(biāo)后的價格上漲、勞動力成本上漲、運(yùn)輸成本上漲、財務(wù)成本上漲等等，2016年都經(jīng)歷過一次較大的成本上漲沖擊）。
難道配電變壓器抗突發(fā)短路難嗎？答案是否定的，那為什么頻頻出現(xiàn)突發(fā)短路的問題呢？變壓器的基因有問題？變壓器的制造成本問題？是變壓器行業(yè)低價競爭有問題？還是技術(shù)更新問題？變壓器行業(yè)正走在一個“好貨沒好價”“低價要好貨”的尷尬境地。
解碼變壓器的基因
動物植物甚至所以生物都有基因，而我們常見的各種產(chǎn)品也有基因，變壓器也不例外，配電變壓器抗突發(fā)短路試驗主要是考察線圈的機(jī)械力，因此對于線圈的防護(hù)是重中之重。而在各種變壓器制造過程中，各種類型的鐵心結(jié)構(gòu)與材質(zhì)的不同形成各種變壓器的基因，而恰恰是這種自身基因決定了各種變壓器在抗突發(fā)短路能力方面的優(yōu)缺點，但是變壓器自身的基因優(yōu)劣并不代表市場的需求，因為基因以外還有一種更強(qiáng)大的外部因素叫“血統(tǒng)”。
疊鐵心變壓器的基因
目前疊片式變壓器鐵心芯柱的截面設(shè)計為長圓形，上、下軛片的截面設(shè)計為D形的新型變壓器用鐵心。主要由芯柱及上軛片、下軛片組成，特點是芯柱的橫截面從中間一層的疊片分別向上、下二面呈梯形遞減，上軛片和下軛片的橫截面從中間一層的疊片分別向上、下二面呈直角梯形遞減。具有磁路短、空間利用率高的效果，同時有效地降低了鐵心的重量，降低了空載損耗，降低了制造成本。因為截面為長圓形結(jié)構(gòu)導(dǎo)致受力不夠均勻、抗機(jī)械能力、抗突發(fā)短路能力弱，特別在折線段那部分有時在突發(fā)短路經(jīng)常出現(xiàn)防護(hù)不到位或者受力不均勻，折線段出現(xiàn)較大的導(dǎo)線位移的偏差，導(dǎo)致阻抗超標(biāo)，抗突發(fā)短路不合格。
疊片式鐵心變壓器的基因是因為鐵心采用平面結(jié)構(gòu)及疊片工藝，存在三相磁路不平衡，局部磁通方向和硅鋼片導(dǎo)磁方向不一致以及多處空氣接縫等缺陷，制約了變壓器能效水平的提升。由于設(shè)計結(jié)構(gòu)的因素，使用材料比較浪費，在抗突發(fā)短路方面也次于立體卷鐵心變壓器。
立體卷鐵心變壓器的基因
立體卷鐵心為閉口結(jié)構(gòu)，線圈需要在鐵心上繞制，在線圈繞制過程中由于受到空間結(jié)構(gòu)的限制，使得一些工藝保障措施無法實施，或者即便實施操作也比較困難，而且防護(hù)的不全面。對于小容量且低壓為單根導(dǎo)線的線圈結(jié)構(gòu)，操作時這些問題便已經(jīng)顯現(xiàn)出來；對于低壓線圈導(dǎo)線一旦超過2根的產(chǎn)品，在線圈換位和升層時的防護(hù)，問題更是凸顯無疑；在線圈繞制完畢后，鐵心翻轉(zhuǎn)起立，鐵心和低壓線圈內(nèi)筒之間的間隙存在無法撐勁等問題；我們知道箔繞線圈的電氣性能和抗短路能力均提高很多，低壓線圈采用箔繞，無論是電氣性能還是抗短路能力都會大大增強(qiáng)，若閉口結(jié)構(gòu)大容量產(chǎn)品，采用箔繞結(jié)構(gòu)會需要更為特殊的箔繞機(jī)，繞制過程非常復(fù)雜而且效率很低，很多工藝措施（如：銅排焊線的增加、箔張力緊實度的增強(qiáng)、箔的邊緣防護(hù)等）無法得到保證。
設(shè)計不能隨原材料價格的變化而變動。因為設(shè)計一旦確定，繞制線圈的齒輪盤尺寸確定后，今后的設(shè)計如果要變動，也只能圍繞已制成的齒輪盤的尺寸來變動，否則就要重新生產(chǎn)齒輪盤。需要的工裝較多比如齒輪盤、鐵心芯塊，對同一種容量的變壓器，有全銅，全鋁，半銅半鋁三種，齒輪盤也相應(yīng)需要三種。鐵心需要進(jìn)行去應(yīng)力退火，高能耗的退火過程既增加成本還不環(huán)保，鐵心芯塊是一大筆開銷。
所以立體卷鐵心變壓器的基因存在諸多缺點，設(shè)備投入無止境，退火工藝難掌握，大容量鐵心加工難度大、線圈三相平衡難控制、節(jié)能變壓器的制造過程中又在使用高能耗的退火設(shè)備，為節(jié)能而耗能何苦來哉？
非晶合金變壓器的基因
非晶合金的基因最大優(yōu)點是具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、矯頑力小、損耗低。
在配電變壓器制造中，非晶合金鐵心采用近似矩形的搭接式卷繞結(jié)構(gòu)，成型的鐵心內(nèi)在應(yīng)力非常大，磁特性被嚴(yán)重破壞，必須通過熱處理退火才能消除這些應(yīng)力。熱處理退火工藝是非晶合金鐵心整個制作過程中最關(guān)鍵也是最難控制的工序。非晶合金帶材的損耗與合金材料表面受力有關(guān)，損耗會隨受力的增大而迅速上升，非晶合金鐵心受力后，變壓器的空載損耗會增加50%-70%，因而，非晶合金鐵心不能作為變壓器的骨架，而采用繞組作為主支撐，鐵心要懸掛在繞組上，繞組的壓緊要另設(shè)框架，使鐵心和繞組的受力互不相干，在鐵心退火后裝配、運(yùn)輸?shù)冗^程中不能對鐵心產(chǎn)生任何外力因素，否則，因其對應(yīng)力的敏感性而產(chǎn)生空載損耗增大。
非晶合金帶材基因的韌性差、對應(yīng)力的敏感性造成了非晶合金變壓器的基因存在噪音大、脆性易產(chǎn)生脫落、掉渣現(xiàn)象，變壓器制造過程中鐵心裝配、繞組套裝過程中不能施壓，鐵心更不能受夾緊力從而很難實施抗突發(fā)短路所需要的很多措施，故而是基因造就非晶合金變壓器抗突發(fā)短路的配電變壓器中的重災(zāi)區(qū)。同時，非晶合金帶材的基因也是造成變壓器無法維修、鐵心無法回收利用的根本原因。
折疊式開口鐵心變壓器的基因
折疊式開口立體鐵芯變壓器將原有的傳統(tǒng)疊鐵芯變壓器與閉口立體三角形卷鐵芯變壓器進(jìn)行了完美融合，將閉口立體三角形變壓器的每個鐵芯單框分截斷分離為上下兩部分，每個部分的鐵心是1片1疊，可多級接縫組合，既提高了鐵心的機(jī)械強(qiáng)度，又降低了鐵心的噪音和空載電流，同時多級一組插片提高了上鐵軛的插片效率。
優(yōu)良的基因與傳統(tǒng)疊鐵心相比
1、折疊式開口立體鐵心變壓器三相平衡，具有完全對稱的磁路，空載電流小，減少了三次諧波，噪音也大大降低；
2、節(jié)電效果顯著，可以輕松達(dá)到S13型變壓器的標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)構(gòu)緊湊體積小，成本低，散熱及過載能力強(qiáng)；
3、硅鋼帶加工成梯形料帶，采用套裁方法開料，開料時沒有廢料產(chǎn)生，不浪費材料。
優(yōu)良的基因與閉口立體卷鐵心相比
該產(chǎn)品除了擁有閉口立體卷鐵心所有的優(yōu)點外，還有以下幾個優(yōu)勢：
1、由于其開口結(jié)構(gòu)的特點，其線圈可以單獨繞制，使用傳統(tǒng)繞線機(jī)就可以，不需要再引進(jìn)新的繞線設(shè)備，而且其繞線工藝也比閉口式簡單很多，繞制難度降低了很多;
2、便于修理，原有的閉口立體卷鐵心變壓器必須有專用的繞線機(jī)和模具才能修理，修理難度很大，基本上需要返回原廠修理，而折疊式開口立體鐵心變壓器由于其結(jié)構(gòu)特點，只需要將上鐵軛拆掉按順序排立，將線圈拔出來單獨更換就可以，修理簡單，不需要再返回原廠修理。
3、生產(chǎn)大容量的變壓器的難度降低，原有的閉口立體卷鐵心變壓器由于其必須在鐵心上繞制線圈，當(dāng)需要生產(chǎn)大容量變壓器時，其鐵心模具、鐵心纏繞機(jī)及繞線機(jī)都需要特殊設(shè)計，而且對設(shè)備要求也非常高，實際生產(chǎn)變壓器難度也非常大，所以只能做樣機(jī)，不太適合于量產(chǎn)，不利于變壓器產(chǎn)業(yè)化能力提升，而折疊式開口鐵心變壓器由于其線圈可單獨繞制，且鐵心生產(chǎn)也不需要模具，所以更適用于推廣到大容量變壓器生產(chǎn)制造中。
4、生產(chǎn)過程中由于硅鋼片只受到部分的剪切應(yīng)力和折彎應(yīng)力，所受的應(yīng)力小，大容量可以忽略不計，可以不用退火，節(jié)省了購買退火爐，節(jié)約了退火電費，也有效達(dá)到節(jié)能降耗，免去退火過程對環(huán)境的破壞，大大降低了生產(chǎn)工藝及成本。
抗突發(fā)短路工藝保障
因為開口結(jié)構(gòu)的特殊形式，使得線圈可以單獨繞制而且截面為圓形，圓形的承受力是最為均勻的，所以可以采取更加完善的工藝保障措施，抗突發(fā)短路的控制要點：
1、內(nèi)部撐緊；
2、上下壓緊；
3、過程繞緊；
4、外部裹緊。
圖片提供：江蘇亞威
具體措施：
1、設(shè)計，這是首道工序，在設(shè)計阻抗時，應(yīng)盡可能的將阻抗值設(shè)計為正偏差，但不宜過大（短路試驗之后，阻抗的變化量不超出成品的國標(biāo)要求值），過大也會影響負(fù)載損耗，另外各種裕度設(shè)計最低。
2、產(chǎn)品容量超過315kVA后，低壓線圈可采用箔繞結(jié)構(gòu)，箔繞結(jié)構(gòu)的軸向力會影響很小；
3、低壓線圈出頭，這是絕對的重點！個人建議采用“8”字編花式出頭；
4、升層，端絕緣和臨近匝務(wù)必綁扎牢固，同時與相鄰幾匝用收縮帶穿插時疊壓；
5、低壓線圈內(nèi)部務(wù)必用撐條撐緊，將鐵心臺階出的縫隙填滿即可；
6、高低壓線圈之間的撐條盡量采用8、4兩種寬度，交叉放置，放置間距10～15mm；
7、低壓線圈若為箔繞結(jié)構(gòu)，需要在首、末端銅排與箔的焊接處，進(jìn)行切割增加焊線處理；
8、低壓線圈為線繞在換位時，若4根或6根并繞，根據(jù)匝數(shù)，保證每半圈換一個位；
9、高壓線圈繞完后，在外部用撐條和收縮帶綁扎一圈；
10、高壓線圈端絕緣和其相鄰線匝采用收縮帶編花固定并刷膠固定。
11、內(nèi)部撐緊：線圈繞制時務(wù)必按照圖紙相關(guān)要求尺寸，而且層層緊實，特別要在低壓線圈內(nèi)部放置環(huán)氧襯筒（成型件，可增大機(jī)械力，厚度不可小于3mm），同時襯筒與鐵心件的間隙用撐條打緊；
12、上下壓緊：盡量采用層壓木，而且上下對其，并且在上下夾件設(shè)置加強(qiáng)板以保證機(jī)械力；
13、外部裹緊：在高壓線圈的最外層均勻放置一圈撐條并用無緯粘帶打緊；線圈需要浸漆處理（一遍即可）。
圖片提供：包頭科電
結(jié)束語
不管采用哪種方式來增加產(chǎn)品的抗短路能力，勢必都會造成成本的增加以及生產(chǎn)效率的下降，若各個變壓器廠家繼續(xù)各自為戰(zhàn)相互壓價，其結(jié)果基本會非常危險，真正的產(chǎn)品是以品質(zhì)取勝，變壓器的基因基本上能夠看得出在抗突發(fā)短路方面的問題所在，而國家電網(wǎng)、行業(yè)主管部門、專家學(xué)者在變壓器新材料、新技術(shù)、新工藝推動的力度還可以有所建樹，配電變壓器產(chǎn)業(yè)化能力提升還有更廣闊的空間。希望本文的拙見可以幫助配電變壓器行業(yè)健康穩(wěn)步發(fā)展，謝謝?。ㄎ?吳銀川）