变压器专用设备的发展概况

介绍了变压器专用设备的发展过程及其现状，并对变压器专用设备的发展趋势作了展望。

　　1 前言

　　我国电力工业的大力投入，推动着变压器制造水平的快速发展。变压器的品种越来越多，结构形式越来越复杂，其质量的要求不断提高，性能指标也不断升级。要求变压器损耗低、局放小、重量轻、可靠性高、价格便宜等，这些要求都集中体现在变压器产品的设计和制造环节上。因此，一旦变压器设计完成后，制造过程尤为关键，而变压器产品的质量和性能是靠工艺装备来保证的。所以变压器专用设备的技术水平在某种程度上也反映着变压器的制造水平。因此，大力推动变压器专用设备的发展是制造高性能、高水平变压器的有力保证。

　　2 变压器专用设备的发展过程与现状

　　变压器是输变电行业中的主要产品，改革开发三十年来，随着变压器制造水平快速提升，变压器专用设备也经历了三个发展时期。第一创业时期，设备基本上是单机手动或半自动的生产形式，尽管如此，还是为我国变压器行业创业，发挥了重要作用。第二成长期，在这个时期，国内大型变压器厂引进了相当数量的专用设备，以全自动铁心剪切设备为代表，使变压器的生产效率和产品质量有了明显的提高，从而使变压器专用设备制造企业，开阔了眼界和思路。吸收、消化、仿制，加速了变压器专用设备的开发速度，为变压器行业扩大生产能力、提高产品质量奠定了坚实基础。第三个是成熟期，由于变压器行业的快速发展，要制造高质量、高性能、低成本的变压器，也给变压器专用设备提出了更高的要求。因此，变压器专用设备除了具有较高的稳定性、可靠性来满足变压器厂家连续生产的要求外，同时还要求其具备功能全、效率高、自动化程度高等特点。通过近年来行业厂家的努力，变压器专用设备的发展逐渐走向成熟。在国内的超高压和特高压变压器生产中发挥了重要的作用，得到了变压器行业广大用户的认可，并有相当数量出口到国外，被国际知名的ABB、西门子、阿海法等公司采用，可以说国内变压器专用设备的性能已接近或达到了国际先进水平。

　　3变压器专用设备的应用和发展趋势

　　我国的变压器制造技术走过了引进、消化吸收的阶段，现已达到自主研发、自主创新时期，变压器的电压等级和单台容量已达到双百万级。高电压、大容量变压器还要达到低损耗、低噪音、局放小、重量轻等要求，因此，先进的变压器专用设备是不可缺少的。下面就变压器专用设备的应用情况和发展趋势给予分类说明。

　　3.1 铁心设备

　　变压器铁心设备主要分为硅钢片纵剪线和横剪线。现在使用的纵剪线除了满足剪切毛刺、剪切直线度(或称“S”度)等精度要求外，剪切速度已由原来的50m/min逐步提高到120m/min，最近有厂家已研制出速度高达150m/min的纵剪线并已投放市场;硅钢片来料宽度达到1250mm，现新型纵剪线可剪料宽度也达到了1300mm;同时要求剪切收卷的硅钢带收紧收齐，料卷端边不齐度小于±0.2mm，从而使卷料可以轴向垂直放置，存放于立体仓库。从其发展趋势观察，硅钢带的加工生产要求纵剪线向高效率、高精度、大型化、节省材料方向发展。

　　现在各大型变压器生产企业使用的变压器铁心横剪线，基本上都带有纵、横向步进功能(即STEP-LAP)，步进级数一般为3、5、7级，也有2、4、6级，可以根据产品工艺确定。这种功能的实现，可以大大改善铁心磁通分布状况，有效地降低了铁损。另外横剪线再增加铁心自动叠装堆垛功能，通过计算机控制，将同一片宽(同一级)的边柱、中柱和轭片等，自动按步进(STE-LAP)的要求叠好，根据铁心柱截面的分级情况，送入不同宽度的条料，最终将一台变压器的铁心三柱两轭分别叠好。这是横剪线完成了剪切、自动堆叠功能。然后，再将铁心边柱、中柱转移，固定在铁心翻转台上，插入上铁轭片料，配成“山”字形铁心。使用这种设备基本取代了人工叠片工作，减少了大量的承片托盘及其搬运，减少了铁心震动次数，保持硅钢片的完好晶粒结构，进一步降低了变压器的空载损耗，并大大地提高工效。

　　就冲、剪床的驱动型式来看，以前使用的横剪线其冲、剪床为气动或液压驱动。近两年国内引进的或国内最新研制的横剪线，其驱动已经改为电动，即伺服电机驱动。相比三种驱动形式，气动速度较慢，噪音大;液压系统维护工作量大，还有漏油影响环境等问题;电动速度快，高效率、噪音低、节能，其用电量只有液压的1/3。因此分析，横剪线也向着高效、低噪音、节能环保方向发展。

　　3.2 绕线设备

　　在变压器的线圈生产过程中，按变压器电压等级或容量来划分绕线设备，有绕制配电变压器高、低压线圈的自动排线绕线机和箔式线圈绕制机;有绕制大型电力变压器线圈的立式绕线机和卧式绕线机。变压器绕组是构成变压器电路部分的核心，专用绕线设备是生产高性能变压器的关键。

　　3.2.1 自动排线绕线机

　　自动排线绕线机是绕制配电变压器高压线圈的专用设备。采用这种设备绕制出的线圈，结构紧凑、体积小、强度高。为进一步提高生产效率，新型的绕线机主机转速由300rad/min提高到500rad/min。排线机构由单头增加到二到三个头，即一次可同时绕三只线圈。同时采用多线(最多4根)并绕;增加径向压紧机构;对每根放线盘进行张力独立控制，从而使绕组导线排列整齐、匝间紧密均匀、电流密度分布均匀。同时配有端绝缘开卷机构、导线张紧机构，计算机可予置多种参数，可使线圈绕制一次完成，自动化程度大大提高，减轻了工人的劳动强度。

　　3.3.2 箔式线圈绕制机

　　箔式线圈绕制机是绕制低压箔式线圈的关键设备。张力控制及箔带纠偏是箔式线圈绕制机的关键技术。现有的国产或进口箔式线圈绕制机的箔带张力是通过机械摩擦方式产生，其张力不够稳定，会造成所绕制线圈紧密度不均匀，线圈之间直流电阻不一致，线圈外径超差等缺陷。

　　国内已有厂家开发出了新型数字箔绕机，该机采用直流电机产生箔带张力，其特点是张力调整方便、准确、稳定性好，绕制全过程张力保持不变，从而能够确保线圈的绕制质量。尤其是其张力调整范围宽，更适于较薄的箔带绕制，不会对箔带端边造成损伤。而且张力电机在张力状态时处于发电状态，所产生的电能，可以反馈给收卷电机或电网，无摩擦制动张力方式的摩擦能量消耗，节能显著。而且，控制系统会自动计算开卷机上料卷直径，从而随时调整电机输出力矩，保证整个绕制过程张力恒定，对保证线圈质量起关键作用。同时该设备调偏系统采用光电模拟量传感器非接触检测箔带边沿，通过伺服电机动态纠偏，该系统精度高，反应快，可靠性高，调偏精度高。根据现有资料看，该设备技术已处于世界领先水平。

　　3.2.3 立式绕线机

　　现在使用的变压器容量越大，对电网的影响也越大，要求其安全性也越来越高。变压器的制造质量表现，不仅要求电气性能可靠，机械稳定性、抗短路能力也应更加可靠。稳定性主要表现在线圈的制造过程控制上，即要求高低压线圈电磁平衡，轴向匝间紧密、分布均匀。因此要求线圈绕制过程轴向要压紧，径向要卷紧，采用立式绕线机正好利用线饼的自重，轴向自然压紧，径向使用张紧装置控制张力大小。所以现在大型变压器中高压线圈的绕制普遍采用了立式绕线机，即使是低压螺旋式线圈ABB公司也采用了立式绕线机生产。

　　现在的立式绕线机进一步向大型化发展。原有的立式绕线机载重只有20t，现在已提高到40t，线圈直径最大使用到3500mm，最大高度达到到4000mm。使用了气囊板式张紧装置，而且数字显示张力大小，张力控制更加准确、稳定可靠。为了提高所绕线圈尺寸精度，控制立式绕线机径向跳动，增加了绕线模轴头固定装置;为了控制轴向跳动，使用了高精度双排辊式大型轴承。因此，通过使用线圈绕制专用设备，使绕组生产达到一个新的水平。从而使变压器进一步降低损耗、减小局放、减轻重量、降低成本有了可能。

　　3.2.4 卧式绕线机

　　从变压器绕组结构设计来看，并不是所用线圈都能使用立式绕线机生产。如层式结构、多螺旋结构式线圈。如果这种线圈使用普通卧式绕线机绕好后，轴向不加任何压力绕制，线段间隙很大，像一个压簧。线圈经压紧后直径变大，线圈和纸筒间产生间隙，会造成线圈轴向失稳，遇有轴向电动力，线圈可能造成损坏。因此，带有轴向、径向压紧式卧式绕线机，在大型变压器线圈生产中，得到了广泛使用。随着变压器性能要求越来越高，一般中小型变压器的生产，也逐渐开始使用压紧式卧式绕线机。

　　为了更加准确地控制压紧力，原来压紧机构使用的力矩电机或气缸产生压力，现已通过伺服电机取代。为了控制绕制线圈尺寸公差，增加光栅尺，在线检测线圈尺寸。多轴式放线车上的各线盘放线张力独立控制，根据绕制线圈的长度，放线车随动跟踪，避免导线的扭曲变形产生新的应力，降低绕组的涡流损耗。

　　3.3 变压器专用设备的发展趋势

　　除了上述的专用设备，用于变压器制造的还有绝缘加工设备、干燥设备、油处理设备、油箱加工设备等类别，在此不再多述，但总的趋势是，变压器专用设备一直围绕变压器性能的改进、提高而进行研发设计的，其发展趋势总结如下:

　　3.3.1 自动化程度进一步提高，尽可能减少人为干预，造成对产品的损害。如横剪线增加了自动叠装堆垛功能，减少了人工叠片程序;绕线机增加自动排线机构，使绕制线圈尺寸一致，性能稳定。

　　3.3.2 改变传统工艺，创新加工方法，使变压器性能达到更高技术水平。如线圈的端圈、撑条、垫块等由机床、冲床加工、打磨去毛，改为绝缘加工中心和数控铣、切垫块专用设备加工，使绝缘件尺寸误差大大减小，最终使撑条、垫块在变压器线圈、器身安装位置尺寸准确。

　　3.3.3 生产效率进一步提高，以满足大规模生产要求，降低生产成本。如横剪线不仅强调的是剪切片形的尺寸精度，进一步强调单位时间内剪片的数量;自动排线绕线机由单头一次绕一只线圈，增加到三头一次绕三只线圈。

　　3.3.4 为了满足变压器产品的特性要求，设备功能得到进一步完善。横剪线必须具有纵横向步进和自动叠装堆垛功能;并联电抗器铁心要达到顺磁剪切硅钢片，推出了电抗器顺磁剪切横剪线。

　　3.3.5 为了改善工作环境，操作满足人性化要求，设备更注重降低噪音、操作便利，向节能环保方向发展。如横剪线的剪冲床动力由气动、液压，改为电动;箔绕机机械摩擦或液压驱动产生的箔带张力，改为由直流电机驱动产生，均大大明显地降低了动力的损耗，也大大地改善了生产工作环境。

　　4 我国变压器专用设备存在的问题

　　在肯定国内变压器专用设备快速发展的同时，也必须看到不足与问题。第一，由于国内机械加工水平与发达国家存在差距，产品零部件加工精度较低，造成零部件使用寿命较短;表面处理水平也有待于提高。这就使我们的产品售价较低，附加值不高。第二，主要元器件依赖于进口，如数控系统、高精度轴承、真空系统等，国产元器件还不能满足设备稳定性、可靠性的要求。第三，各变压器专用设备生产企业研发费用投入太少，原创能力较低，还不能满足变压器快速发展对专用设备的需求。国内生产企业规模较小、技术力量薄弱、经济实力很难与国外企业形成竞争。不过我们可以相信，随着国内外变压器行业的快速发展，市场竞争的加剧，行业的正确引导和支持，专用设备生产企业研发力度的加强和资金投入的加大，国内变压器专用设备一定会快速进入国际市场，全面达到或超过国际先进水平。