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  内容提示：学 术 论 坛科技创业家２０１３年０８（ 下）Ｔ Ｅ ＣＨ Ｎ Ｏ ＬＯ Ｇ ＩＣＡ Ｌ ＰＩＯ Ｎ ＥＥ Ｒ Ｓ２００科技创业家ＴＥＣＨ Ｎ ＯＬＯＧ ＩＣＡ ＬＰＩＯＮ ＥＥＲＳ１ 引言容量较大的电力 变压器内 部受力元件尤 其是 铁芯 加 紧 结 构 的 材 料一 般采用 钢材。 但是钢材的 使用 会产生杂散损耗和局部过热等问题。 另 外钢的重量大， 尤其高强度的碳钢和低导磁高强度的特种合金钢的材料价格和加工费都较高。 如 换成复合材料的结构， 将大幅度的降低杂散损耗和避免过热问题， 而且复合材料板材和型材的 成本较低， 加上其比重小， 通过优化和转化受力布局和方式， 还能够大大减少零件数量， 简化其外形结构， 不仅能满足强度要求， 而且使构件外形更简单和易 于加工...

  学 术 论 坛科技创业家２０１３年０８（ 下）Ｔ Ｅ ＣＨ Ｎ Ｏ ＬＯ Ｇ ＩＣＡ Ｌ ＰＩＯ Ｎ ＥＥ Ｒ Ｓ２００科技创业家ＴＥＣＨ Ｎ ＯＬＯＧ ＩＣＡ ＬＰＩＯＮ ＥＥＲＳ１ 引言容量较大的电力 变压器内 部受力元件尤 其是 铁芯 加 紧 结 构 的 材 料一 般采用 钢材。 但是钢材的 使用 会产生杂散损耗和局部过热等问题。 另 外钢的重量大， 尤其高强度的碳钢和低导磁高强度的特种合金钢的材料价格和加工费都较高。 如 换成复合材料的结构， 将大幅度的降低杂散损耗和避免过热问题， 而且复合材料板材和型材的 成本较低， 加上其比重小， 通过优化和转化受力布局和方式， 还能够大大减少零件数量， 简化其外形结构， 不仅能满足强度要求， 而且使构件外形更简单和易 于加工， 来提升了变压器性能， 降低了 成本。２ 变压器内部钢件的优点和存在的问题大容量的变压器铁芯夹件等结构件受力 很大， 尤其短路力 和起吊 时变压器的 重力 都要直接或间 接的 加载到 这些钢件上。以 ２２０Ｋ Ｖ ／ ２４０Ｍ Ｖ Ａ 的 变压器为 例， 截面积只有１０ｘ２５０ｍ ｍ 的单相吊 板的拉力就达２５０吨以上， 因此不仅要求钢的导磁性要低， 而且还要有较高的 强度。 虽然钢材拥有非常良好的 机械加工性能和焊接性能， 但由 于金属在 电 磁场 中 的 会产生 杂 散损 耗和 局 部 过热， 对变压器的性能有一定影响， 而且对于高强度低导磁的合金钢来说材料和焊接成本也很高。３ 复合材料的特点ａ） 高的拉伸强度。 例如： 环氧基体的玻璃纤维拉伸强度可达２００－ ３００Ｍ Ｐａ， 与Ｑ ２３５相当 。 碳纤维布或碳纤维板的 拉伸强度可达２０００－ ３０００Ｍ ｐａ， 是普通钢的６－ ９倍。 ｂ） 各向 异性的 特点明 显， 纤维方向 拉伸 强度和非纤维方向 拉伸强度相差很大。４ 采用复合材料的问题和解决办法根据复合材料的 特点， 要尽量利 用 其纤维方向 强度高的 特点， 把最大和较大的力 加载在纤维方向 上， 避免其他方向 受力或者最好能够降低其他方向 受力 的 大小。 因 此要解决三大技术问题。 如 下所述：４． １ 力的转化原来变压器的受力最大和最复杂的元件主要是夹件和拉板， 其中器身的重力， 对铁芯的加紧力， 短路力是影响最大的力。 尤其夹件不仅受力大而且由 于各种力的作用受力情况复杂， 受弯曲， 拉伸， 扭转， 剪切等力 和力 矩的 共同 作用 ， 使得夹件的 强度要求比较高。 因此要通过力的转换， 将其所受的力 转移到 其他部件上， 从而使夹件受力 个数少， 并且受力小。 原来变压器所受的短路力 和 器 身 的 重 力 是 通 过夹 件 传递给铁 芯的， 如 果通过改变结构把力 加在铁芯上就可去掉夹件上的 这两个最主要的 力 。 原理图 如图 １所示。图 中 ①为 环氧玻璃纤维带， 可采用 无捻粗纱织物增强环氧树脂。 其拉伸强度可达 ７００ＭＰａ－１０００ＭＰａ， 弯 曲 强 度 可 达７７０Ｍ Ｐａ， 拉伸模量２８． ６Ｇ Ｐａ， 弯曲 模量２９．８Ｇ Ｐ ａ， ＩＬ ＳＳ为５５． ５ Ｍ Ｐ ａ。玻璃纤维带绕铁芯上下缠绕绑扎， 首尾在上铁轭顶部通过锁扣连接（ 图２） ， 同时在底脚（ 图１项②） 通过螺栓头连接， 铁芯与玻璃纤维带之间 可用 垫块衬圆 。 再将压块增加长度和宽 度后安装在铁芯和压板之间 ， 这样与玻璃纤维带的结构配合， 组成器身短路力的力学结构。 通过以上转化， 吊 板被取代， 并去掉了 夹件上短路力 和器身重这两个最大的 力， 因 此夹件 可简 化 为 除 拉 带 凸 台 外 较 为 规则 的 矩复合材料在电力变压器内部受力结构件中的应用唐康毅刘青亮朱明清（ 济南西门子变压器有限公司山东济南２５００２１）摘要： 现在电力变压器内部受力部件大多使用钢件， 对变压器的成本和损耗都有较大影响。但是随着复合材料的持续不断的发展， 复合材料不但可以用于变压器内部载荷较小的部件， 而且慢慢的变多的代替了原来载荷较大的钢件。虽然复合材料和钢材有很大不同， 但是通过对复合材料的性质做多元化的分析， 充分的利用其特点， 解决了钢件难以被取代的问题。关键词： 复合材料 电力变压器 玻璃纤维 碳纤维形。 如果空间太小， 在器身打压时不易放置压缸， 可利 用 工装， 将压缸外伸后再打压。另 外， 原来线圈和铁芯之间 的 短路力 是通过压板和夹件之间 的 垫块来传递的 。 现在把力 直接加载到 铁芯上， 由 于铁芯厚度比夹件大得多， 所以压强要小得多， 对于短路力为２５００Ｋ Ｎ ， 叠积厚为９６０ｍ ｍ 的变压器， 每相 使用 四 块２００ｍ ｍ宽 的 垫块， 压强 最大仅有５Ｍ ｐａ。 此外， 上下铁轭均通过无纬环氧玻璃 纤维 带 与 高 低压 侧 夹 件 组成 夹 紧 结 构（ 图３）， 代替了原来的钢拉带。芯柱也可通过绑扎机使用玻璃纤维带绑扎（ 图４） ， 提高了可靠性， 并减少了 线 生产的基本工艺ａ） 玻璃纤维带的预制 经过反复实验， 我们得知玻璃纤维绑扎带可以不需要预先单独烘干， 但需要在烘干前用Ｐ Ｖ Ｃ和酒精以１：７的比例混合涂在最外一层玻璃纤维带表面（ 芯柱绑扎所用玻璃纤维拉带不需要） ， 可有很大效果预防烘干对环氧树脂胶的影响。ｂ） 进罐前预紧由于玻璃纤维在烘干前长时间 放置容易 缓慢拉伸， 所以在烘干前需要再紧固 一次。 由 于烘干后玻璃纤维固化在一起， 因此几乎不会继续延伸。 但在烘干后由 于绝缘件收缩， 需要按正常程序再次紧固即 可。ｃ） 芯柱绑扎采用 专用 绑扎机绑扎即可。 绑扎完成后无需再作其他处理。４． ３ 材料和生产检验由 于玻璃纤维带的性质和生产的基本工艺的不同 ， 需要对材料与变压器本身进行区别于钢件的检测。最重要的包含： ａ） 对玻璃纤维带损伤的检验， 包括分层、 脱胶， 以及装配过程中产生的擦伤、 撞击、 安装不到位造成的纤维方向 偏离等。 ｂ） 对铁心夹件接地的可靠性还有是不是可靠绝缘的 检验， 防止悬浮电位和环流的产生。ｃ） 由于玻璃纤维带具有粘性， 极容易附着上油污， 安装时要注意保持清洁， 安装完后需要对其表明上进行清理。５ 结论通过以上对变压器内 部复合材料结构件的简单阐 述， 能够正常的看到 充分利 用 复合材料强度高、 价格实惠公道、 无磁导性等优点及特性， 不但可以将其用 于非受力元件上， 也可大量替代原来载荷较大的钢件以此来降低了成本， 提高了 变压器的性能。 复合材料在变压器内 部结构件中的应用 将成为未来变压器发展的一种趋势。图 １原理图图 ２锁扣图 ３轭柱拉带结构图 ４芯柱绑扎