Als Kernausrüstung für die Spannungsumwandlung, Stromübertragung und -verteilung im Stromnetz bestimmt die Präzision des Herstellungsprozesses von Transformatoren direkt die technische Leistung, die Betriebszuverlässigkeit und die gesamten Lebenszykluskosten des Produkts. Ein qualifizierter Transformator muss mehrere wichtige Prozessschritte durchlaufen, darunter die Herstellung des Eisenkerns, die Spulenwicklung, den Zusammenbau des Gehäuses, die Trocknungsbehandlung der Isolierung und die Endmontageprüfung. Jeder Schritt erfordert eine strenge Qualitätskontrolle und hervorragende operative Fähigkeiten.
Der erste Kernprozess im Transformatorenbau ist die Herstellung von Eisenkernen. Der Eisenkern ist der Magnetkreiskanal eines Transformators und besteht normalerweise aus übereinander gestapelten Siliziumstahlblechen mit hoher magnetischer Leitfähigkeit. Seine Fertigungsqualität wirkt sich direkt auf wichtige technische Indikatoren wie Leerlaufverlust und Erregerstrom aus. Die Bearbeitung von Eisenkernblechen erfordert zunächst das Längs- und Querschneiden der gewalzten Siliziumstahlbleche, um sie auf die vorgesehene Blechgröße zuzuschneiden. Während des Schneidvorgangs müssen die Höhe und Maßhaltigkeit der Grate streng kontrolliert werden, um eine Beschädigung der Isolationsschicht auf der Oberfläche der Siliziumstahlbleche zu vermeiden. Für den Eisenkern großer Transformatoren ist der Stapelprozess besonders kritisch. Bediener müssen die Siliziumstahlbleche entsprechend dem Stapeldiagramm versetzt stapeln, den magnetischen Widerstand an den Verbindungsstellen durch schrittweise Überlappung und andere Formen verringern und durch spezielle Vorrichtungen die Vertikalität der Eisenkernsäule und die Ebenheit des Jochs sicherstellen. Gleichzeitig wird die Spannkraft regelmäßig überprüft, um die Vibrations- und Geräuschpegel während des Betriebs des Eisenkerns zu kontrollieren. In den letzten Jahren haben der Einsatz neuer magnetischer Materialien wie amorpher Legierungen und die Einführung automatischer Stapelproduktionslinien zu einer Entwicklung der Eisenkernfertigung hin zu geringeren Verlusten und einem höheren Automatisierungsgrad geführt.
Die Wicklung der Spule ist ein weiterer zentraler Faktor, der die elektrische Leistung und Lebensdauer des Transformators bestimmt. Eine Spule wird durch das Wickeln elektromagnetischer Drähte in einer bestimmten Strukturform hergestellt, um eine Spannungspegelwandlung und Stromleitung zu erreichen. Zu den gängigen Spulenstrukturen gehören zylindrische, kontinuierliche, spiralförmige und verschlungene Typen. Verschiedene Transformatortypen wählen je nach Kapazität und Spannungsniveau entsprechende Wicklungsschemata. Während des Wickelvorgangs muss der Bediener eine horizontale oder vertikale Wickelmaschine verwenden, um den elektromagnetischen Draht entsprechend der vorgesehenen Windungszahl und Anordnung fest um den Wickelstempel zu wickeln. Gleichzeitig wird eine Spannvorrichtung verwendet, um die Dichtheit in Amplitudenrichtung sicherzustellen, und zwischen jeder Schicht werden Isolierpads eingebettet, um einen Wärmeableitungsölkanal zu bilden. Bei großen Leistungstransformatoren muss die Spulenwicklung aufgrund ihrer unterschiedlichen Typen, Strukturen und Größen immer noch manuell durchgeführt werden. Die Drahtumsetzung, die Schweißpunktbehandlung und die Größenkontrolle während des Wickelprozesses müssen höchste Präzisionsanforderungen erfüllen. Die Schweißqualität steht in direktem Zusammenhang mit der elektrischen Gesamtleistung der Wicklung. Für dünnere flache Kupferdrähte werden üblicherweise Überlappschweiß- und Silberkupfer-Schweißstäbe verwendet, während dickere Drähte durch Stumpfschweißen geschweißt werden. Alle Schweißpunkte müssen die Anforderungen an geringen Widerstand und hohe mechanische Festigkeit erfüllen und die Schweißpositionen müssen versetzt sein, um lokale Überhitzungen zu vermeiden. Nachdem die Spule gewickelt und geformt wurde, muss sie auch den Press- und Trocknungsformprozess durchlaufen und sicherstellen, dass die geometrischen Abmessungen der Spule den Konstruktionsanforderungen durch konstantes Drucktrocknen und axiale Höhenanpassung entsprechen.
Bei der Karosseriemontage werden Eisenkerne, Spulen und andere Strukturkomponenten zu einem Ganzen kombiniert. Moderne Herstellungsprozesse nutzen oft die Integralmontagemethode, was bedeutet, dass die Spule auf der Eisenkernsäule montiert wird, ohne dass das Eisenjoch auf den Eisenkern gestapelt wird. Nachdem die Spule angebracht ist, ist das Stapeln des Eisenjochs abgeschlossen. Mit dieser Methode wird sichergestellt, dass die Höhe jeder Spule und die axiale Höhe der Hauptisolierung den Konstruktionsanforderungen entsprechen, wodurch die Kurzschlussfestigkeit des Transformators verbessert wird. Bei der Montage kommt es ebenso auf das Anschließen und Verschweißen der Leitungen an. Das Bleischweißen kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden, beispielsweise mit dem Phosphor-Kupfer-Schweißen und dem Kaltpressschweißen. Unter anderem kann das Kaltpressschweißen die Sauberkeit des Gerätekörpers wirksam gewährleisten und das Auftreten von Teilentladungen unterdrücken, da keine Hochtemperaturerwärmung erforderlich ist und nach dem Schweißen kein Metallpulver entsteht. Nach Abschluss des Schweißvorgangs müssen alle elektrischen Verbindungsschrauben im Drehmomentmanagementmodus angezogen werden, um die Anzugskraft und das Drehmoment streng zu kontrollieren und so eine langfristige Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Isolationstrocknung und Vakuumbehandlung sind Schlüsselprozesse, die die Lebensdauer von Transformatorisolationssystemen bestimmen. Das Isolationsmaterial im Transformatorkörper nimmt während des Herstellungsprozesses zwangsläufig eine gewisse Menge an Feuchtigkeit und Gas auf. Wenn Wasser nicht vollständig entfernt wird, löst es unter starken elektrischen Feldern eine Entladung aus, wodurch die Isolationsleistung allmählich beeinträchtigt wird und die Materialalterung beschleunigt wird. Als Reaktion auf dieses Problem verwendet die moderne Transformatorenherstellung im Allgemeinen die Vakuumtrocknungsmethode, die den Umgebungsdruck durch Vakuumieren reduziert, die Umwandlung von Feuchtigkeit in den feinen Poren von Isoliermaterialien in Wasserdampf fördert und diesen ableitet. Fürgroße Transformatoren von 110 kV und mehrAufgrund seiner Eigenschaften gleichmäßiger Erwärmung, gründlicher Trocknung und minimaler Beschädigung von Isoliermaterialien wird das Kerosin-Gas--Phasentrocknungsverfahren häufig eingesetzt. Bei diesem Verfahren wird Kerosindampf als Wärmeträger verwendet. Wenn der Dampf auf der Körperoberfläche kondensiert, wird eine große Menge Wärmeenergie freigesetzt, wodurch der Körper gleichmäßig erhitzt wird und eine Temperatur von etwa 130 Grad erreicht, was viel höher ist als der Effekt der herkömmlichen Heißlufttrocknung. Nach dem Trocknen muss der Transformator unter Vakuumbedingungen mit streng gereinigtem Isolieröl injiziert werden. Durch die Vakuum-Öleinspritzung kann wirksam verhindert werden, dass Luft und Feuchtigkeit in den Öltank gelangen, wodurch eine Verschlechterung des Öls und eine Teilentladung verhindert werden. Bei Hochspannungstransformatoren müssen Parameter wie Öltemperatur, Öleinspritzgeschwindigkeit und Vakuumhaltezeit während des Öleinspritzvorgangs kontrolliert werden, und nach der Öleinspritzung sollte für eine ausreichende statische Entladungszeit gesorgt werden, um das Entweichen von Restgasen zu erleichtern.
Auch die Herstellung von Öltanks und anderen metallischen Strukturbauteilen ist ein wichtiger Teil des Transformatorenfertigungsprozesses. Der Kraftstofftank bietet nicht nur mechanischen Schutz für den Eisenkern und die Spule, sondern teilt sich auch die Wärmeableitungsfunktion mit dem Isolieröl. Die Herstellung von Kraftstofftanks umfasst mehrere Prozesse wie das Schneiden von Stahlplatten, das Schweißen, das Formen, die Dichtheitsprüfung und die Oberflächenbehandlung. Im Schweißprozess wird häufig das automatische Unterpulverschweißen für Stumpfschweißnähte von Stahlplatten verwendet, und je nach Plattendicke werden verschiedene Nuttypen ausgewählt, um die Schweißqualität sicherzustellen. Nach Abschluss der Schweißarbeiten muss der Kraftstofftank einer Druck- oder Öldruck-Dichtheitsprüfung unterzogen werden, um sicherzustellen, dass keine Undichtigkeiten vorliegen. Die Oberfläche des Kraftstofftanks erfordert in der Regel Kugelstrahlen und Lackieren, um die Korrosionsbeständigkeit und das Erscheinungsbild zu verbessern. In den letzten Jahren hat sich der Herstellungsprozess von Kraftstofftanks in Richtung einer einheitlichen Behandlung nach dem Gesamtschweißen weiterentwickelt, um den Produktionszyklus zu verkürzen und Umweltrisiken zu verringern.
Mit der kontinuierlichen Verbesserung der Industriestandards und der steigenden Nachfrage der Anwender nach Produktqualität hat sich die Qualitätskontrolle im Herstellungsprozess von Transformatoren von der traditionellen Abhängigkeit von der Backend-Inspektion hin zur vollständigen Prozessvorkontrolle verlagert. Vom Eingang der Rohstoffe bis zur Lieferung der fertigen Produkte unterliegen Schlüsselprozesse wie die Eisenkernproduktion, die Spulenwicklung, die Isolationsmontage, die Karosseriemontage und die Gesamtmontage strengen Qualitätskontrollpunkten, um sicherzustellen, dass jede Verbindung unter Kontrolle ist. Während des Wickelvorgangs der Spule werden die Schweißqualität des elektromagnetischen Drahtes, die Verarbeitungsgenauigkeit der Isolierteile und die Schlüsselabmessungen der Spule kontinuierlich überwacht, um die Konsistenz und Zuverlässigkeit der Produktleistung sicherzustellen. Gleichzeitig werden digitale und intelligente Technologien schrittweise in das Transformatorfertigungssystem integriert, und die Anwendung neuer Technologien wie das dreidimensionale Wicklungs-Eisenkern-Vollprozess-Intelligent-Steuerungsfertigungssystem und das Online-Überwachungssystem fördern die Entwicklung der Transformatorfertigung hin zu höherer Effizienz und besserer Qualität.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Herstellungsprozess von Transformatoren ein systematisches Engineering ist, das interdisziplinäres Wissen wie Materialwissenschaft, mechanische Bearbeitung, Elektrotechnik und Qualitätsmanagement einbezieht. Vom Präzisionsschneiden und Stapeln von Siliziumstahlblechen über das manuelle Wickeln und Schweißen von Spulen, von der Gesamtmontage und Leitungsverbindung des Transformatorkörpers bis hin zur Vakuumtrocknung und Öleinspritzbehandlung des Isolationssystems wirkt sich der Grad jedes Prozesses direkt auf die Leistung und Lebensdauer des fertigen Transformators aus. Ein tiefgreifendes Verständnis der Bedeutung und Kernpunkte dieser Herstellungsprozesse trägt nicht nur zur Verbesserung des Produktdesigns und des Produktionsmanagements bei, sondern legt auch eine solide Grundlage für den sicheren, effizienten und langfristigen Betrieb von Transformatoren im Energiesystem.
