干式变压器设计的标准化

2022-10-14赵文丽

电器工业 2022年10期

赵文丽

（海南金盘科技股份有限公司）

0 引言

变压器是电力系统中重要的基础电气设备。随着经济的发展，干式变压器尤其是树脂浇注式干式变压器取得了迅猛的发展。对于配电变压器，因为它具有抗短路能力强、节能环保的特点，干式变压器所占的比例越来越大。据统计，在欧美等发达国家，它已占配变的40%～50%。在我国，每年的干式变压器产量均以20%左右的速度递增。我国已成为世界上干式变压器产量最大的国家之一。

树脂浇注式干式变压器的主要结构为线圈和铁心，主要工序包括绕包及浇注、铁心叠码、变压器装配，每个工序都涉及到数十种材料，整个变压器涉及近百种。不同参数的变压器，设计时所选择的材料也存在差异。因为变压器属于高价值的客户定制产品，但交货期非常短，往往少于所需材料的正常到货时间，这就需要做好变压器各种材料的备货。为了减少备货种类和数量，减少企业资金占用压力，缩短产品交货期，干式变压器设计的标准化尤为重要。

1 设计标准化的方式

标准化是一门新兴的综合性学科，它的理论基础需同时结合工程技术和管理学。作为特种干式变压器的生产企业，标准化是提高产品质量、减少生产周期、节约综合成本的有效手段。

设计标准化有基本的标准化方法，主要有统一化、系列化、通用化、参数化和模块化。这些方法可以单独应用在干式变压器设计上，也可以多种方法结合使用。

（1）统一化

统一化是将能满足相同性能的多种设计方式归并为一种或者在限定范围内使用特定设计的标准化形式。它可以有效地消除由于不必要的多样性而造成的混乱和低效。统一化的最重要表现形式就是形成各种变压器设计标准和设计规范。只要设计标准和设计规范覆盖的范围足够广，干式变压器设计就能够形成“流水线”式设计，大大提高设计效率。它是其他标准化方法的基础，所有的标准化方法都可以通过统一化在产品设计中实现。

（2）系列化

系列化是将同一类设计，通过研究规律，结合自身的生产条件和经济比较，让主要参数、规格、尺寸等形成一组有代表性的量值。系列化设计首先编制系列型谱，这个型谱同时包括基型产品和变型产品，其中基型产品是最具代表性、生产较普遍、结构较先进、可靠性高。确定好系列型谱后，就需要把基型产品进行系列化设计。系列化设计要进行横向扩展和纵向扩展，既要采用通用化等方法，让不同的产品采用相同或相似的材料，又要采用参数化等方法缩小变型产品与基型产品的设计差异。

（3）通用化

通用化是指材料不加任何改变就能任意使用在多种产品上。通用化有利于最大限度地减少重复劳动，促进对已有成熟技术的广泛重复利用，有效地减少零部件的品种。干式变压器设计的通用化就是提前选择一批常用的零部件供设计时选用，它是干式变压器长期设计的一种总结。通用化率直接体现了设计的效率。设计的通用化率高，则设计的产品成熟度高，具有丰富的生产经验，可以对零部件进行适度的备货，缩短生产周期。

（4）参数化

参数化是指对相同形状的部件部分参数赋予未知数值，当引用该类部件时，再给予该未知数值具体值。它的优点在于一方面现在的CAD出图越来越多地采用了三维出图，参数化能够有效地与三维出图结合起来；另一方面对于常用形状的部件，能够很容易让设计者找到对应图纸，让生产者找到加工工序，提高了设计效率和生产效率。

图干式变压器设计标准化体系

（5）模块化

模块化设计包括两个方面：一方面是将所设计的部件采用螺栓安装或嵌入安装等形式拆分成各种各样的具有通用性及系列化的组合件，当需要某种设计时，则从这些组合件中挑出合适的，类似于“搭积木”的形式；另一方面是在所涉及的部件中按一定的参数间距设置相同的功能，不同的设计均可以使用这个部件，区别仅在于使用了不同的参数设置。模块化设计是一种重要的柔性设计方式，实现以“不变应万变”和“以少变求多变”的产品开发策略。

2 干变设计标准化的几个实例

（1）干式变压器设计标准体系的应用

为了实现干式设计标准化，一套完整的干式变压器设计标准体系可以带来一目了然的效果，能更好地实现设计的统一化。为此，结合某企业实际编写如下图所示的设计标准体系供参考。不同的企业可以根据自身的企业特点制定不同的设计标准体系。

以上体系分为技术标准和管理标准：技术标准着重于设计时所针对的设计对象，为客观存在的设计方案；管理标准着重于设计员在设计时的操作，为主观上的设计动作。两者做好配合才能让标准化设计落到实处。设计标准要全面，既包括国家的基础设计标准、国家及行业产品标准，也要涵盖产品所涉及到的所有常见零部件，尽量全面和具体。同时，还要考虑技术的持续发展，如上例加入仿真设计这种超前设计手段。管理标准要遵循PDCA原则，要能提供设计存在分歧时的解决方法，并实现设计的持续改进和优化。

（2）铜箔规格的系列化

铜箔是低压箔绕线圈绕制的主要导电材料，它也是变压器成本组成的重要部分。因为铜箔交货期长，资金占用大，所以有必要对铜箔规格进行系列化定型进行备料。

铜箔规格包括厚度和宽度2个部分。

首先要定义铜箔宽度的系列化。因为变压器配电变压器容量为315～2500kVA的使用箔绕，根据经验，对于这个容量段的箔的宽度一般在450～1000mm之间。另外，由于小容量段的箔的宽度差异小，大容量段的箔的宽度差异大，所以考虑在小宽度上间隔较小的数值设置标准宽度，在大宽度上间隔较大的数值设置宽度，同时考虑数值采用50mm的整数倍，可以取以下一组铜箔标准宽度值：450、500、600、700、850、1000。

然后定义铜箔厚度的系列化。铜箔一般为0.3～1.5mm，铜箔单层厚度过厚不利于线圈的绕制。考虑铜箔的厚度偏差和可加工性，厚度值一般按0.1mm的整数倍。由于铜箔越薄，每增厚0.1mm会导致成本较大幅度的增加，且由于铜箔越厚，涡流损耗越大，导电性能会有一定的下降。因此，较薄的应间隔较小的数值，较厚的应间隔较大的数值，厚度可取以下一组铜箔的标准厚度值：0.4、0.7、1.1、1.6。

最后考虑结合组合后的截面积，要保证在使用范围内截面积符合各容量的要求，电流在450～3700A，考虑电密一般为2～2.5A/ mm2，因此，截面积的选择范围是180～1850 mm2。再对截面积进行系列化，中间部位选取较多的箔规格值，两端部位选择较小的箔规格值，每一种宽度的箔厚度不超过2种。同时，铜箔还可以采用2卷相同厚度并绕。经过合理筛选，标准铜箔推荐规格，共10种，能实现20种截面设计。（3）变压器侧出线的设计

变压器经常与开关柜并列安装，存在不同容量的变压器与相同的低压开关柜在侧面搭接铜排，也可能相同的变压器与不同厂家的低压开关柜在侧面搭接。而往往低压柜的柜型确定晚，发货期非常急，因此，要提高变压器侧出线的设计效率，必须进行设计标准化。

1）支架设计。变压器支架由具有模数化安装孔的横梁、具有通用化功能的弯板采用组合的方式构成。

2）变压器和低压柜的参数化。变压器对侧出线设计有影响的参数有X（X1、X2、X3……），如低压端子高度、变压器外壳尺寸、相间距等；低压柜对侧出线设计有影响的参数有Y（Y1、Y2、Y3……），如低压柜出线排间距、出线排规格、出线排高度等；侧出线的搭接型式有Z（Z1、Z2、Z3……），如柜前平齐搭接、柜后平齐搭接、不同相序排列方式的搭接等。

3）组合设计及参数化设计。通过计算机三维软件的编程设计，可以将X/Y/Z的参数采用设计逻辑进行关联并固化，最后自动得出两个组合结果M/N，其中M为支架的选用及安装方法，N为侧出线铜排的结构和尺寸，该结果会根据不同的X／Y／Z参数发生变化。变压器侧出线的标准化设计进而实现。