变压器中铜箔的应用现状及发展趋势
陶 丹，董振华
（沈阳变压器研究所，辽宁 沈阳 110379）
摘要：介绍了铜箔在变压器应用的现状，概述了箔式绕组变压器种类、特点及经济性。
关键词：干式变压器；箔式绕组；发展
一、前言
目前国内变压器生产厂家高达上千家，市场竞争激烈。这就要求变压器厂家能够制造出新型的经济性能好、可靠性高的产品，才能在市场竞争中取胜，而新材料的应用为新型变压器的研制提供了可能。铜箔式绕组变压器以其体积小、重量轻、材料用量少等特点，在油浸配电变压器，特别是在于式电力变压器上得到了广泛的应用。
由于传温媒介空气稀薄难以使制品内层温度有效地提高到 60℃以上，尤其在冬天室温较低时，绕组内层温度低于物料温度，从而造成制品严重缺料。
1 浇注速度不随形腔的大小而变
目前，大部分浇注法是使终混罐内气压略高于真空罐，利用大气压力差和材料的自重，由下向上倒拔的物料的自然浇注法。而由于不同容量的变压器的绕组模具径向尺寸及高度相差较大，因而向上浸润的拔力大小不同。一般来说，径向尺寸较大的形腔比径向尺寸较小的，竖直高度较矮的比较长的，浇注速度要快得多。较大形腔的浇注速度为 2～2.5kg/min，2h内即可完成浇注，而径向尺寸狭长的浇注速度控制在 1.5kg/min 左右，造成浇注时间延长。而浇注时间的延长会使混合料的粘度增加，流动性下降，也可能造成缺料空洞。更为严重的，由于速度不对，浇注阀控制得不好，会产生不进料现象，从而延长浇注时间。
对于 315kVA及以下小型模具，狭长的形腔进料较慢，而且只有两只进料口，就更不容易匀速进料，造成缺料的概率较大。经我公司将模具改造为四只对称进料口后，浇注起来顺畅多了，杜绝了缺料现象的发生。
2 绕组的径向尺寸超标
绕组绕制时由于绕制不紧实，使径向尺寸超过了范围，合模时相当困难。用强力挤压合模，容易造成局部变形疏密不均，进料困难，时间延误过长而造成缺料。另外由于模具与制品之间压得太死无缝隙，表面树脂层达不到 2～3mm，而影响制品质量，且使绕组表面发白。
3 物料飞溅，导致空气进入制品形成气泡
物料脱气不彻底会形成浇注时物料飞溅。如果工作人员没仔细观察或设备无料预警功能不启动也会造成物料飞溅。因为浇注时 24 只浇注阀所处的压力会有差异，一旦其浇注阀物料断流，进入了较高压力气体，而此刻混料罐已经处于较低真空状态，较高压气体一旦进入制品，使得物料从下向上飞溅 ，而遗留在制品内的气泡若没有完全溢出，则在制品固化后，留下了若干气泡。一则造成制品的局部放电量增加，质量下降，二则影响制品的美观，严重时形成蜂窝。
4 结论
（1）在湿热环境下应注意绝缘材料的防水防潮；必须对受潮的绝缘材料或无纺布线进行干燥处理。
（2）制品模具必须在固化炉内在规定时间及温度下对预烘，保证制品内层的温度达到 80℃～90℃。
（3）不同的模具因径向直径及高矮不同，需选用不同的浇注速度。两只进料口的模具应改造为对称的 4 只浇注口为宜 。
（4）工作人员必须严格注视物料的存量，有预警装置的必须开通，避免浇注阀断料事故发生。
二、变压器的种类
变压器按照冷却方式可分为：油浸式变压器和干式变压器两种类型；
变压器按照铁心结构的不同可分为：叠铁心、卷铁心、非晶合金铁心变压器等类型；
变压器按照绕组材料不同可分为：线绕式变压器和箔绕式变压器两种类型。
1 油浸式配电变压器
目前在国内配电变压器市场中，占主导地位的有：10kVA 新S9变压器、S11变压器、S11—M·R 卷铁心变压器、ZGS11组合式变压器、SH11非晶合金变压器等产品系列。
2 干式电力变压器
干式电力变压器就其绝缘类型的不同可分为：浸渍式空气绝缘干式电力变压器（如图1）、环氧浇注绝缘干式电力变压器（如图2）、绕包绝缘干式电力变压器及复合式绝缘干式电力变压器。目前环氧浇注绝缘干式电力变压器占国内干式电力变压器的比例最大，全国共有100多生产厂家。目前市场中干式电力变压器耐热等级主要分为B级、F级、H级等几种类型。由于耐热等级越高，其防火性能就越好，所以H级浸渍式空气绝缘干式电力变压器的需求量增长速度非常迅速。
H级浸渍式干式电力变压器是新一代环保型变压器产品，其以投资小、制造工艺简单、局放低、噪声低等特点，已被广大变压器生产厂家及用户所接受。目前已有50余家生产厂家正在生产或开始着手生产H级浸渍式干式电力变压器。由于干式电力变压器绕组的电密均比较低，因此低压绕组导线或铜箔的截面就要选取得较大。但由于线绕式绕组的导线并联根数较多，会使绕组制造工艺复杂化，因此生产厂家在生产800kVA 及以上千式电力变压器时，低压更愿意采用箔绕式绕组。
另外，H 级和F级干式电力变压器绕组的匝绝缘采用Nomex纸、H级或F级双玻璃丝包线等材料，这几种匝绝缘材料的价格均非常高。这也是不带匝绝缘的铜箔得以在于式电力变压器中广泛地应用的另一个原因。
三、铜箔在变压器应用的现状
铜箔作为绕组的主要材料之一，主要应用在中、小型变压器，即配电变压器上。油浸式配电变压器和干式电力变压器均有采用箔式绕组结构的。但干式电力变压器中使用箔式绕组结构的比例，比油浸配电变压器采用箔式绕组结构的比例要大得多。下面着重论述一下箔绕式干式电力变压器特点及铜箔在干式电力变压器上的应用情况。
1 箔式绕组的种类及结构特点
1.1 箔式绕组的种类
箔式绕组分为分段箔式绕组和单段箔式绕组两大类。分段箔式绕组一般应用在10kV、35kV 电压等级变压器高压绕组上；单段箔式绕组一般应用在10kV、35kV电压等级变压器低压绕组上。由于采用分段箔式绕组结构的变压器不是主流产品，因此这里我们仅介绍一下单段箔式绕组(以下简称“箔式绕组”)的情况。
1.2 箔式绕组的结构特点
箔式绕组是由铜箔在绕线机上绕制完成的。铜箔每一层即为一匝，匝间为层间绝缘纸，铜箔的两端为端绝缘，气道用H级或F级引拔棒或绝缘撑条支撑，铜箔的起末头与成型的铜母线采用氩弧焊的方式焊在一起。铜箔、层间绝缘、端绝缘分别安放在不同的开料机上，其转动速度可以相同，亦可不同，开动绕线机就可进行绕组的绕制。
箔式绕组绕制机械化程度高，一般一个绕组由2个人操作，只需1.5h左右就可以绕制完成。而线绕式绕组绕制，由2个人操作，大概需要6h绕制完成。
箔式绕组起末头与成型的铜母线在绕组内部焊接，铜母线直接与用户负载连接，不需要再焊接外铜排；而线绕式绕组起末头若干并联导线引出线需与铜排在绕组外焊接。这对于没有外壳的干式电力变压器外观影响很大，考虑干式电力变压器的美观问题，有不少干式电力变压器用户指名要求采用箔式绕组结构。
箔式绕组结构干式电力变压器与低压绕组采用线绕结构的变压器相比，在工艺制造上有很大优势。这是因为，容量在800kVA 及以上变压器，低压绕组若为线绕式结构，则绕组型式一般为双螺旋、四螺旋或六螺旋式结构。这种绕组常常需采用二十几根、三十几根。甚至四十几根导线并联，由于低压绕组内径相对比较小，辐向并联的导线还需要换位，因此绕组的绕制比较困难。若低压绕组采用带纵向气道的双螺旋、四螺旋或六螺旋结构，由于每个螺旋间均要设置辐向气道，则气道垫块占整个变压器高度比例较大，导致铁窗填充系数降低，使产品的材料消耗增加。
2 箔式绕组的优点
箔式绕组与线绕式绕组相比，有以下的优点：
（1）线绕式绕组导线外表面有匝绝缘，而箔式绕组由裸铜箔一层层直接绕制完成，故其具有结构紧凑、体积小、消耗材料少的特点；
（2）箔式绕组在箔绕机上绕制完成，其机械化程度高，工时少，工艺制造简单，批量生产时效率高；
（3）箔式绕组轴向高度即为铜箔的宽，轴向短路力很小，所以可以取消绕组到上铁轭的压板，故可以保证较大的铁窗填充系数；
（4）箔式绕组磁势沿绕组高度分布均匀，安匝平衡好，横向漏磁少，轴向短路力小，因而承受短路能力强、运行安全可靠；
（5）箔式绕组匝问电容沿绕组轴向分布均匀，增加了绕组对冲击过电压的稳定性；
（6）箔式绕组温度分布均匀，冷却条件好。
3 箔式绕组变压器的经济性
前面我们谈过，箔式绕组变压器在干式电力变压器中应用得比较多。这与箔绕式干式电力变压器的经济性能好这一前提是分不开的。
表1为“10型”空气浸渍干式电力变压器箔式绕组与线绕式绕组的对比。从表中可以看出：箔绕式绕组变压器较线绕式绕组变压器的总质量及主要材料成本均有所下降。其中：总质量平均下降 6.1％，主要材料成本平均下降 3.63％。
四、变压器用铜箔的质量要求
1 铜箔纯度
绕组是变压器输入和输出电能的电气回路。电能在传送过程中，绕组自身有电阻损耗。其电阻损耗与所用铜箔的截面、长度及电阻率有关。也就是说，电阻率的大小是决定绕组负载损耗的主要指标之，而电阻率的大小是由铜箔的纯度所决定的。因此铜箔的纯度应不小于 99.95％。
2 铜箔表面
箔材表面应光滑、洁净，不应有分层、裂缝、起皮、气泡、夹杂、起刺、压折和绿锈。但允许有轻微的、局部的、不使箔材厚度超出其允许偏差的划伤、斑点、凹坑、压人物和辊印等缺陷。
铜箔应平直，但允许有轻的波浪；箔的侧边弯曲每米不大于4mm；箔材两边应切齐，无刺，无裂边和卷边。
五、制约铜箔在变压器绕组上应用的因素
1 专用设备
由于箔式绕组必须在专用的箔绕机上绕制完成，因此箔绕机是箔式绕组制造的必须设备。厂家若想生产箔式绕组变压器，那么就得进行一次性投资购买箔绕机。目前，国产箔绕机的售价大致在60-70万元。由于箔绕机的价格过高，这样在一定程度上就制约了铜箔在变压器上的应用。
2 铜箔的价格
目前 ，宽度1m规格的铜箔售价为38元/kg，若选用不到1m规格的铜箔，其价格就要有所提高。这个价位比纸包铜导线的价格高出很多（铜导线的价格为28元/kg）。所以，虽然箔式绕组变压器的总质量比线绕变压器总质量低很多，但整个变压器的价位下降得并不是太多，尤其是采用普通纸包导线的油浸式变压器情况更是如此。在干式电力变压器中，由于线绕式结构导线匝绝缘一般采用价格较贵的Nomex 纸、F级或H级双玻璃丝，因此干式电力变压器采用箔式结构其材料成本降低的相对要大得多。
3 铜箔供货周期
目前变压器产品的生产周期较短，这样就要求铜箔的供货要及时。由于国内宽幅的铜箔生产厂只有洛阳铜材厂一个生产厂家，所以供货周期有时不能满足一些变压器生产厂的需要，这样也在一定的程度上制约了铜箔在变压器上的应用。
4 铜箔的规格
由于变压器的容量不同，所选取的铜箔规格各不相同，而用户所需要的产品容量有时并不是单一的同一容量。铜箔的重量包装过大，不能定尺供货，就造成了变压器生产厂家箔材的积压，给生产企业的资金周转造成困难。
六、箔式绕组变压器的展望
箔式绕组变压器由于其自身的优越性，已受到广大制造厂家和用户的欢迎。目前，我国的干式电力变压器只占配电变压器的15％左右，而在欧美一些发达国家，干式电力变压器的占有率是我国的2—3 倍。所以，随着我国城市建设的进一步发展，干式电力变压器的需求量也会大幅度的提高，这样就带动了变压器行业对铜箔需求量的加大。但要实现铜箔市场的健康发展，同时也给我们的箔材生产厂提出了一些要求。应着手解决制约铜箔在变压器绕组上应用的因素，关键是提高铜箔的质量、降低铜箔的价格、保证铜箔的供货周期。
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