AP1000核电站辅助变压器的制造工及监造要点

摘要：辅助变压器为核电站重要的备用电源，辅助变压器的可靠运行，为机组稳定运行提供有力保证，AP1000核电站辅助变压器为分裂变，容量和电流较大，有一定制造难度。文章主要介绍AP1000核电站辅助变压器的制造工艺，以及辅助变压器监造过程中需要注意的重点，并对制造过程中可能出现的缺陷提出防制措施。

关键词：辅助变压器；变压器制造艺；变压器监造

中图分类号：TL351 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）06-0122-04

1 概述

三门核电站有一路单独的220KV备用电源，辅助变压器将备用电源的220KV电压转换为10.5KV，供给厂用中压负荷。当厂用变压器和550KV线路失电后，将启用备用220KV电源，220KV架空线通过252kV屋内GIS经220kV电缆与辅助变联接，辅助变的稳定运行，保证了电站的备用电源安全可靠。本文主要介绍辅助变压器的制造工艺和监造重点，对变压器的工厂监造有一定借鉴意义。三门核电辅助变压器高压侧电压等级为220KV，容量较大，电流较大，因此在整个制造中需进行严格的监造和检查，以保证辅助变压器的质量。

2 辅助变压器简介

2.1 变压器组要参数

三门辅助变压器额定容量为88/44-44MVA，额定电压为231（+4～-12）x1.25%kV/10.5kV，高压侧有载调压，额定电流高压侧220A（线电流），低压侧2420A（线电流）。中性点接地方式：高压侧直接接地，低压侧经低电阻接地。

2.2 高压和低压线圈

图1 高压线圈 图2 低压线圈

高压线圈采用纠结连续型绕制，低压线圈为双U型线圈。高压线圈线规2×2.1×9.6，低压线圈采用ZB-0.3/1.35。电压组合为231（+4～-12）x1.25%kV/10.5/10.5。

2.3 变压器铁芯

根据电磁感应原理，变压器通过铁芯进行能量转换，实现变压的功能。铁芯主要作用是导磁，一般由导磁率高的冷轧硅钢片制成。三门核电辅助变压器为叠铁芯，且为搭接形式，各接缝错开压住，可以避免了可能发生的片间短路问题，并且机械性能好。

图3 变压器铁芯

2.4 器身结构

三门核电辅助变采用三相三柱式结构，三柱容量为88MVA。器身采用整体套装结构，主绝缘为薄纸筒小油隙、绝缘压板压紧结构。器身整体采用先进的套装和压装工艺，使整个器身可靠紧固，提高了变压器运行稳

定性。

2.5 油箱结构

变压器油箱是变压器的支持部件，将器身和附件进行固定。三门核电辅助变压器油箱采用钟罩式，油箱外壁焊有槽型加强筋和供起吊的吊轴。此外，箱体上还有供安装套管、冷却装置、储油柜、压力释放器、扶梯、控制箱、管道等各种外部件的接口。

图4 变压器油箱

3 辅助变压器制造及监造重点

3.1 油箱及附件

油箱铁板首先进行剪切焊接，焊接完成后进行油箱正压试验和负压试验。然后对变压器进行预装，主要是连管的预装，包括冷却器连管，储油柜及升高座联管。以确保各部件尺寸满足安装要求。预装后进行吹砂操作，使表面形成有一定粗糙度的基底，之后喷涂底底漆要进行喷涂3次，最后喷涂外漆，油箱加工完成存栈等待装配。

应重点关注油箱的正压和负压试验，正、负压试验可以有效检测油箱的密封性和机械强度。油箱正压试验，对油箱施加一定气压，检查油箱焊缝是否有渗漏点，并测量箱壁和箱盖等部位的最大弹性变形量和永久变形量，应满足技术要求。负压试验，考核油箱耐真空强度，对油箱抽真空，要求真空压力为133Pa，保压一段时间，测量油箱的变形量，不应超标。

3.2 变压器线圈

辅助变压器每相线圈包括稳压线圈，低压线圈，高压线圈，调压线圈。低压线圈采用螺旋式绕线，高压线圈采用连续式绕线。在线圈绕制完成后，将线圈入炉子干燥，之后进行线圈套装。

线圈套装主要检查，线圈油缝垫块不超过端绝缘垫块范围，垫块中心偏差，下部端圈圆心应对正和绝缘垫块及线圈油缝垫块偏差。

3.3 铁芯片叠装

3.3.1 硅钢片剪切。硅钢片首先进行纵向剪切，纵向剪切按照图纸尺寸，使叠装硅钢片宽度满足要求。纵向剪切主要检查硅钢片剪切波浪度，铁芯片宽度偏差和剪切毛刺，纵剪下料断面需刷防锈漆。之后进行硅钢片横向剪切，硅钢片横向剪切主要检查45度角偏差，铁芯片长度偏差等。铁芯硅钢片的剪切严格控制铁芯剪切毛刺和铁芯边缘波浪度，不应出现超差，否则将影响铁芯的叠装和固定，造成铁芯损耗和震动增加。

3.3.2 铁芯片叠装。铁芯由硅钢片、绝缘件和铁芯夹件等组成。首先应调整好铁芯叠装平台，按图纸进行叠片，一般两片一叠，对接处由上往下逐级叠放，每叠一级都应进行修正，测量铁芯厚度、对角线长度以及铁芯垂直度，保证接缝对齐。叠装后还应进行整体检测和修正，保证叠装质量。然后将夹件紧固，并使用铁芯粘带绑扎机对铁芯进行粘带绑扎保证铁芯具有一定的强度和刚度。

铁芯叠装主要检查叠片厚度偏差，铁芯松紧度，铁芯接缝，铁芯端面偏差，铁轭端面波浪度，铁芯对夹件的绝缘电阻，铁芯倾斜度等。

3.4 线圈装配

线圈套装从内到外，依次为稳压线圈，低压线圈，高压线圈和调压线圈。进行套装前，检查线圈的外观，应清洁无破损。测量线圈的内外径及高度，用吊钩吊起线圈，线圈靠自重下落，套装不能太松，套装时需要放引导纸板，按图纸包扎出头绝缘。

绝缘装配主要检查绝缘装配要求铁芯窗口尺寸偏差，上铁轭上端与下夹件上肢板之间铁芯柱倾斜偏差，测量MO的公差，绝缘出头金属化皱纹纸外径。

3.5 引线装配

进行有载开关预装，保证与安装法兰配合良好。测量引线夹、铜排、接线棒，配线各出头之间位置，合理配制各出头长度，折弯做形。引线焊接，主要是磷铜焊和冷压接。铜排采用磷铜焊，其他引线采用冷压接。对于焊接处应清洁，无尖角毛刺、假焊。冷压接检查内部填充，压接的接触良好。屏蔽、绝缘包扎，对于高压线圈出头要进行屏蔽。引线焊头应进行屏蔽处理。不同引线交叉处要包纸板，绝缘引线穿过木夹件处应加厚

绝缘。

在引线装配时检查引线冷压接内部填充，压接方向与导线平面度角，压接接触良好。引线及接头屏蔽外径。屏蔽及绝缘包扎紧实，不得有尖角毛刺。之后进行器身半成品实验，包括绕组电阻测量，电压比测量和连接组标号检测。变压器三相绕组间对应分接的电阻差值小于2%，空载电压比小于0.5%。满足国标GB1094.1-1996电力变压器总则要求。

3.6 器身干燥

器身主要通过煤油汽相干燥，煤油汽相干燥是利用真空状态下进行加热蒸发，成为高温的煤油蒸汽，在真空罐内遇到温度较低的工件而冷凝下来，放出冷凝潜热，对器身进行加热。工件的温度不断增高，冷凝下来的煤油被收集，通过煤油系统重新送回真空罐，再次被加热蒸发，这样反复循环的过程中，工件不断被加热，温度持续升高，同时，在真空状态下工件中的水分不断被蒸发成水蒸气，被真空系统抽离罐内。工件中的水份不断被抽出，达到彻底干燥的目的。

栖身干燥要求出水率要求小于30g/t/h，才可以出炉子。器身出炉后要进行器身体整理，主要对夹件及木夹持进行紧固，同时压紧线圈。检查夹持及引线不得松动，附加绝缘两端长度均匀，螺杆两端出丝长度均匀等，同时检查加压值，线圈高度满足图纸要求。

3.7 变压器总装配

变压器总总装配主要包括器身固定，有载开关安装、套管、冷却器等附件安装。有载开关安装，吊装开关应缓慢轻放，有载开关与上法兰连接处密封圈应放正，紧固良好。防止开关油室油进入变压器本体。升高座安装，将升高座依次吊至箱盖，并对准升高座和箱盖上的螺孔，穿入螺栓并拧紧。套管安装，安装前要用干净的抹布将套管表面擦拭干净，先将均匀球安装好，检查套管上的吊环是否把牢。如不牢需用扳手将其把牢。套装时要注意将引线的圆锥销进入套管的均压球内，检查引线有无弯折及对地绝缘距离应满足要求。散热器安装，吊车起吊散热器，地面上应垫上胶皮，防止散热器起立时与地面磕碰而损伤。打开散热器临时盖板，将散热器固定。

在整个变压器总装配过程中，应严格检查部件的合格标识、表面清洁度、和装配尺寸。监督厂家严格按照装配工艺进行装配，保证装配质量。

4 制造缺陷的防治措施

4.1 变压器渗漏油

大型电力变压器多为油浸式变压器，经常会出现渗漏油现象，如处理不当，将发展为严重故障，影响变压器的安全稳定运行，造成不必要的经济损失。变压器渗漏油原因较多，主要由油箱焊接缺陷、以及安装方法不当造成。

变压器的油箱多为钢板焊接，油箱尺寸较大，并且焊点多，焊缝长。油箱制造过程中容易出现气孔、砂眼、虚焊等现象造成变压器渗漏油。在监造过程中，应严格检查油箱钢板的焊接质量，通过超声和磁粉检测，排查焊缝是否有气孔、砂眼以及虚焊等问题，如有问题应及时处理。整个油箱焊接完成后，依据GB/T6451-2008要进行油箱的正压和负压试验，检查油箱的焊缝是否有渗漏，并记录油箱的永久变形量，永久变形量不能超标，否则将考虑焊接加强筋，提高油箱机械强度。

变压器安装方法不当，安装时应将法兰连接处密封圈对正，否者容易造成密封圈一侧受力较大，一侧受力较小，运行一段时间后，将出现渗漏油现象。另外对于密封圈，安装时如压缩量较大，将导致密封圈老化速度加快，失去密封效果。如压缩量较小，容易渗油。在整个变压器装配过程中，一定严格检查各法兰接口处密封圈的安装，保证不因人为因素造成密封圈错位、压缩量不足或过大等问题，引起变压器油渗漏。在变压器完成装配后，进行真空注油，注油完成后进行油压试验，油压试验根据GB/T6451-2008规定，对于变压器油箱应能承受施加50kPa压力的密封试验，试验时间为24小时，不得有渗漏和损伤。在整个油压试验过程中，检查各密封面处是否有渗漏点，保证变压器的密封质量。

三门核电辅助变压器油压试验施加0.1Mpa油罐压力，静放72小时。在进行油压试验时，油箱箱沿有漏油现象，经过厂家重新对连接螺栓进行紧固后，漏油现象有所好转，但并未完全消除。同时因为紧固次数增加，导致有些密封垫失效。厂家完成产品试验后更换油箱箱沿的密封垫，并重新进行密封试验，油箱无渗漏。在进行变压器油箱装配时，应仔细检查密封圈是否有缺陷，另外检查密封圈的可靠固定，上节油箱和下节油箱应同时进行紧固，避免密封圈因受力不均，出现渗漏现象。

4.2 变压器铁芯问题

随着变压器的容量越来越大，变压器的铁芯尺寸较大，铁芯装配有一定难度。在剪切硅钢片时，容易出现波浪度、毛刺超标、弯曲，绝缘受损等，叠装后将可能出现铁芯短路，局部过热和铁芯机械强度不足等问题。在叠装过程中工艺控制不严格，将产生铁芯尺寸超差现象，主要体现有铁芯直径超差、铁芯离缝超差、铁芯垂直度超差、金属结构件超差等。将会导致铁芯机械强度不足、变压器抗短路能力降低、变压器运行噪音大和增大空载损等。

铁芯制造质量将严重影响变压器的后期运行可靠性，在监造过程中，加强铁芯零部件质量检查、加强铁芯夹紧力控制和加强铁芯表面和清洁检查。在铁芯叠装前，应严格检查铁芯零部件的质量。对于硅钢片的毛刺、波浪度、表面绝缘情况都要认真检查。夹件应无尖角、毛刺、砂眼、焊瘤等。铁芯绝缘等也应查看是否存在破损。只有在确定零部件合格后方可进行装配。铁芯叠铁过程中，夹紧力不足，叠片间的气隙大，将导致空载损耗及运行噪声增大，且铁芯的机械强度不足，铁芯夹紧力过大，将在硅钢片中产生附加机械应力，致使硅钢片磁性能变坏。根据实验研究，当磁密接近额定值时，空载损耗和空载电流与铁芯的夹紧力成正比。此外，夹紧力过大还将可能造成片间绝缘受损。因此，在保证铁芯机械强度的基础上，应将铁芯夹紧力控制在适当的范围。研究表明，夹紧力控制在0.2～0.3MPa比较适宜。加强铁芯表面和清洁检查，铁芯叠装之后粘附的灰尘、油污、纤维等金属或非金属异物，在变压器运行时，在绕组电场的作用下，将在油中形成导电的小桥，也可能导致铁芯多点接地，并造成铁芯短路而引起事故。此外，铁芯不清洁或有异物，还会影响整个变压器的绝缘性能，加速变压器油和绝缘物老化，从而降低变压器的使用寿命。因此，对于铁芯表面和清洁状况，也不能忽视。

4.3 变压器调压开关接触问题

目前变压器都具有调压开关，调压开关的接触不良，接触电阻增加，将会导致发热增加，影响变压器的安全稳定运行。变压器触头的接触电阻主要与接触位置材料、接触压力和接触形式有关。根据接触电阻经验公式R=K/Fm，其中m为常数，与接触形式有关。K为常数，与材料有关。可见接触电阻与接触位置压力有关，接触位置压力越大，接触电阻越小。如在安装变压器有载开关引线时，引线的紧固力不够，将会增加接触电阻，长期运行后，将出现不良发热，严重时将会加速接触表面氧化腐蚀和机械变形，损坏变压器。另外应检查有载开关触头接触情况，触头弹簧强度应良好，在频繁调压过程中，容易出现触头磨损、触头氧化、接触压力下降等问题，从而导致接触电阻增加，触头间放热量增加，致使触头弹簧弹性下降，加速触头的腐蚀和变形，将会引起比较严重的事故。

三门核电辅助变压器在进行器身半成品实验时，测试直流电阻时，单相线圈在不同分接头时，直流电阻相差较大。经检查由于调压开关和引线接触有油污，并且紧固不良。造成接触电阻增加，导致电阻相偏差较大。经清洁紧固引线后，再次测量直流电阻满足要求。所以在监造过程中，应重点关注开关接触部分的可靠紧固，防止因接触不良，造成接触电阻较大，造成不良发热，引起过热性故障。

5 结语

辅助变压器作为核电站重要的电气设备，辅助变压器的正常运行，为核电站运行提供可靠保证。变压器制造、试验过程中不可避免的会出现一些问题。因此，在设备监造过程中，应对辅助变压器的装配进行重点监督，同时对装配、出厂试验、验收中发现的问题进行分析，了解相关缺陷可能造成的故障现象。对可能存在的制造缺陷制造过程，需要严格监督检查，提前进行防制，保证变压器长期稳定运行，为安全正常生产保驾护航。

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作者简介：李岩（1986—），男，吉林白城人，中核集团三门核电有限公司助理工程师，研究方向：电气设备监造。

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