变压器铁心

铁心的叠片质量检测工艺卡

一、铁心的作用和分类

说到铁心的质量检测，不得不先说一下铁心的作用和分类

一、铁心的作用：铁心是变压器的基本部件，是变压器的磁路和安装骨架。铁心的磁导体是变压器的磁路。它把一次电路的电能转为磁能，又由自己的磁能转变为二次电路的电能，是能量转换的媒介。因此，铁心由磁导率很高的电工钢片(硅钢片)制成。电工钢片又很薄(0.23～0.35mm)，且有绝缘，涡流损耗很小。磁导体是铁心的主体，所以后面所称的铁心实指磁导体。铁心的重量在变压器各部件中重量最大，在干式变压器中占总重量的60％左右。在油浸式变压器中，由于有变压器油和油箱，重量的比例稍有下降，约为40％。变压器的铁心(即磁导体)是框形闭合结构。其中套线圈的部分称为心柱，不套线圈只起闭合磁路作用的部分称为铁轭。现代铁心的心柱和铁轭均在一个平面内，即为平面式铁心。

二、铁心的分类：

1、铁心的基本类型：

铁心有两大基本结构形式，即壳式和心式。它们的主要区别在于磁路，即铁心与线圈的相对位置，线圈被铁心包围时称为壳式；铁心被线圈包围时称为心式，如图1-1所示。

图1-1 铁心的两种主要结构形式

a心式 b壳式

1一铁心柱 2一铁轭 3一线圈

一般情况下，壳式铁心是水平放置的，心式铁心是垂直放置的。大容量的心式变压器由高度所限，压缩了上下铁轭的高度，以增加旁轭的办法做磁路，将变压器铁心做成单相一柱(一个心柱)单相四柱(两个心柱)或三相五柱(三个心柱)。但是它们仍保留心式结构的特点，因此它们虽有包围线圈的旁轭，仍属于心式结构。

1）、壳式铁心结构具有下列特点：

①每种容量的铁似叠片只有一种片宽，故加工比较方便。

②因铁心戴面为长方形，故与之相配合的线圈截面也应为长方形，

同时线饼之间面积较大，

这样可使饼间电容增大，对地电容与饼间电容之比小，故可改善线圈中的冲击电位分布，因此超高变压器采用壳式铁心结构时可简化线圈结构。

③壳式电力变压器的引线都在上部，故出线方便，这一点对三相三线圈及自耦变压器则更方便。

④当低压线圈流过大电流时 ，因线圈被铁心所包围，故电流引起的附加损耗较小。

2）、心式铁心结构是我国变压器制造厂普遍采用的铁心结构形式。它具有以下优点：

①铁心可先叠装成形，然后在铁心柱上套装已绕好的线圈。

②线圈为圆形，故绕制方便。心式铁心分为单相双柱、单相三柱、三相三柱、三相五柱式等结构，如图1-5所示。

上述各种铁心的结构形式特征及适用范围见表1-6。

选择铁心结构时，主要是考虑使空载电流和空载损耗小、噪声低、电压波形保证正弦波形。

图1-5 心式铁心的主要结构形式

a)单相双柱式 b)三相三柱式 c)单相三柱（旁轭）式 d)三相五柱式 e)单相双框式 f）三相双框式

表1-6心式铁心的结构形式特征和适用范围

2．铁心的分类(按铁心外形分类)

(1)辐射式 心柱叠片列成辐射状，旁轭沿心柱圆周径向对装。这种结构可降低铁轭的高度，减少附加损耗，并可采用圆形的油箱，以减少变压器体积，但是制造时费工。这是一种特殊的结构，如图1-7所示。

(2)渐开线式 心柱由叠片经成形机压成渐开线以后，再叠装而成空心圆柱体，铁轭用带料卷成三角形，铁轭截面为心柱截面的l／3。心柱外径与内径之比为4.5～6。能节省硅钢片，但是结构不尽合理，因为对接式空载电流大。它是半卷半叠式铁心。只适用于成批生产的容量较小的三相变压器，如图1-8所示。

图4-6辐射式铁心

图4—7渐开线式铁心

以

与

图1-7 辐射式铁心 图1-8 渐开线式铁心

（3）Y形铁心 Y形铁心的优点是：磁路对称，三相平衡，结构紧凑，经济性好。如图1-9。但是制造时费工。

（4）环形卷铁心 采用带料硅钢片连续卷成，不需叠装，磁通方向符合轧制方面，导磁性极佳，空载性能好，但是线圈需用专用设备绕制。它是卷制铁心中最简单的结构，适用于电流互感器、接触式调压器。另外，还有矩形的卷铁铁心和多级卷制铁心，多用于小容量的单相变压器，如图1-10所示。

图1-9 Y形铁心 图1-10 环形卷制铁心

由于铁心的制造工艺决定于铁心的结构且彼此相差很大，一旦选定了某一种结构，就很难转而生产另一种结构。由于国内大多数厂家都习惯于采用心式铁心，故下面主要以心式铁心为主介绍有关数据和结构。

二、铁心叠装的质量和检验方法

一、铁心叠装的质量标准和检查方法

铁心叠装完毕要进行全面质量检查，检查内容如下：

1)铁心片叠装是否整齐、叠片最大缝隙、接缝搭头和叠片参差不齐程度，可用硅钢片离缝间隙量具，参照表1-11中标准值，测量铁轭可见处，判断是否合格。对于大型铁心来说，不允许有搭头。

表1-11叠片缝隙、接缝搭头和叠片参差不齐标准

2)高、低压下夹件对装后，两肢板应在同一平面上。可用钢直尺和塞尺测量下夹件肢板对装部位。小型变压器允差不大于2mm：大型变压器允差不大于4mm。

3)主极叠厚尺寸公差、总叠厚度尺寸公差、直径尺寸公差，可参照表1-12中标准规定，用’外卡钳和钢直尺测量。

表1-12 叠厚尺寸公差

二、容量在8000kVA及以上的中型变压器的铁心叠装

容量在8000kVA及以上的中型变压器的叠装方法，与前面所介绍的基本相同。由于铁心容量的增大而使重量增大，其装配和起立需采用专用设备——滚转台。在该设备上叠装铁心的工艺过程如下：

根据铁心图样要求，调整滚转台两边可移动垫梁，使其中心线距离符合铁心柱中心距尺寸。把铁心的上、下夹件放好，并保证上、下两夹件平行，下夹件底边线要和滚转台立臂平面平行。按铁心柱的玻璃粘带绑扎间距要求，摆好心柱支撑，放入夹件绝缘、心柱护板(或拉板)，使夹件的绝缘、心柱护板处于一个水平面上，如图5—33所示。

开始叠装第一级铁心片，测量好对角线和叠片位置尺寸并敲打对齐，如果上、下轭片有 孔时，要放置铁轭定位棒，以后逐级进行叠装。对于有冷却油道的产品，需按照图样要求放好油道后再继续进行叠片。在叠最大级铁心片前，要放好下铁轭木垫脚。在叠至最后3个级时，要对已叠装完的铁心片测量一次总厚度，根据需要，对最后3个级的片数进行调整。全

部叠片叠完后，用铁心柱临时夹具卡紧每个心柱的中间部位，进行最后总厚度和心柱直径的测量。在确定尺寸无误后，再摆好上面的夹件绝缘和心柱护板。在环氧玻璃粘带绑扎位置的间隔处，用临时夹具卡紧心柱。放好上、下铁轭两端的方铁和枕木，摆好上、下夹件、取出定位棒，插进绝缘管和双头螺杆，并装好垫圈和螺母，最后装配下铁轭垫脚。铁心接地片的安放位置和插入深度，要按工艺要求做到准确无误。上好铁心与滚转台连接临时保护绳。 夹紧过程中需要注意是放好夹件和拉板后，要检查最窄级叠片是否有移位。如果有位移，要及时处理，然后才能上紧夹紧心柱的卡子。上紧的顺序是从柱中间开始向上下两边逐个拧紧，一般需要重复拧紧2～3次。这是为防止上紧卡子顺序不对而产生拱片现象，或铁心起立后使铁心柱局部弯曲影响垂直度。

轭铁夹紧要采用专用压梁装置，使夹件均匀受压后才能拧紧拉带和夹紧螺杆，操作时也是按照先中间后两边的顺序，最后才装垫脚、撑板(上梁)和侧梁等。夹紧件装完后，需检查铁心片受力是否均匀。如果有弓片或弯曲等现象产生，说明铁心片受力不均匀，应及时修理。 如果铁心有绝缘油道或层间纸板，在叠装过程中需要测量其绝缘电阻的数值，应符合工艺要求，否则要查明原因予以处理。总之，在铁心起立前，应仔细检查各种数据是否正常，以免铁心起立后发现问题再去修理就很困难了。起立前，要将上铁轭连同上夹件一起用尼龙绳或绑扎带与滚转台横梁l临时绑牢，防止铁心起立时发生意外。

指挥吊车，应使吊钩对准滚转台中心线，挂好吊绳，并开始翻转，当滚转台翻到垂直位置时，吊车应立即停止升起。两侧支脚自动转出，用销子锁紧。放下吊绳后，将铁心从滚转台上吊走，然后重复滚转台起立时相反操作程序，使滚转台回到原来的位置。

三、铁心叠装后的电气性能试验

铁心叠装完成后，我们要对其电气性能等做实验，内容如下：

1．外施电压测试

1)所有穿心螺杆对铁心及夹件用交流2000V耐压1min或用l000～2500V兆欧表测量，应不是通路(拆除接地片测量)。

2)上、下夹件对铁心用交流2000V耐压lmin或用l000～2500V兆欧表测量，应不是通路(拆除接地片测量)。

3)铁心对地应是通路，用500V兆欧表测量上铁轭最宽处与接地片的上夹件。

2．铁心叠装后临时绕组的空载性能试验

对于一般新产品，由于结构的改变或采用新材料、新工艺原因，半成品又不能进行额定电压下空载试验，需在铁心叠装后在铁心上绕上临时试验绕组(用绝缘电缆)，测量其空载损

耗和电流。此时所测数据不能作为其最终测量结果，但可用来与产品完成后的最终空载特性试验相比较，以便极早在半成品时发现和分析变压器铁心可能产生的故障和措施。

1)临时绕组测试铁心的空载性能试验，一般要确定以下几个参数：

①确定临时绕组的每匝电压；

②确定临时绕组的匝数：

③确定临时绕组的额定电流：

④确定绕组的连接方法：

⑤计算单相空载的比值K。根据K值可以判断铁心是否存在的缺陷。

2)然后根据从临时绕组的a、b、c端供给额定励磁，测出表5-6中空白处数据并填人。将计算的P0值和I0值与国家标准规定的数值进行比较，如果在允许的偏差范围内视为心合格；如果超差，则必须进行分析、加以排除后，方可转入下道工序。

3)判断单相空载测试数据是否合格的条件有两个：一是各相空载损耗之间相是否在允许偏差范围内：二是由铁心尺计算的比值K与上述实测的K值是否近。

必要时，也可将上述单相空载损耗空载电流换算成三相空载损耗和三相载电流。

3．铁心叠装后和绝缘装配后的低磁空载试验

在测试完其电气性能达到标准后，我们还要对其做低磁空载试验，内容如下：

1)因为在半成品上作空载试验，其磁电压不得超过15％额定电压，而低额定电压的空载试验又无法精确计，所以铁心叠装后先测量铁心的低励的空载数据。此时铁心励磁电压U0.15于额定电压UN＇与低励磁百分数的乘积。U＇0.15=UN＇×l5％

2)为了验证铁轭重新装配后与铁心叠装后的差异，验证绕组有无匝间短路现象，因此需再进行绝缘装配后的空载试验。又由于绕组的串联匝数较多，在空气中为保证匝绝缘的安，无法施加额定电压励磁。因此也必须降低励磁电压才能进行空载试验。规定绝缘装配后低励磁电压U0.15应与铁心励磁电压U＇0.15的百分数应相同，即U0.15=UN＇×l5％

如果绝缘装配后的U0.15下的铁损与铁心叠装后的U＇0.15下的铁损无明显差别，则表明铁心新叠装后符合设计要求。

3)因此，综上所述，空载试验的目的是：

①测量空载损耗P0值和空载电流I0值后，与产品质量分等规定的标准值进行比较，可判铁心是否存在局部的或整体的缺陷。

②铁心叠装后，与拆铁片、套装绕组、重新插铁后进行空载损耗P0值和空载电流J。值比较，可发现上铁轭在插铁过程中的缺陷。

4．成品的空载试验

在感应高压试验前后要进行额定电压下的空载试验。这种空载试验，是整个变压器性能的考核项目之一。其目的是了解绕组套装及烘干过程中绕组有无损伤、铁心有无变形或尺寸是否超差而造成损耗增加。

四、铁心叠装质量对铁心性能的影响

对于一台铁心，要求铁心片平整、无波浪，起立后应垂直、不歪斜，级次清楚，接缝严密、正确，片的边缘无短路等，以此保证铁心的电磁性能。如果铁心叠装质量不好，将影响铁心的电磁性能和力学性能。

铁心偏斜会造成绕组套装困难，还可能使绕组内绝缘距离不够。

铁心片的接缝大，会造成空载电流大，同时机械强度也减弱。

铁心夹不紧有两种情况：

1)铁心外形尺寸虽然达到了设计要求，但因未夹紧，气隙大，铁心的有效截面积小于设计值，这样通过相应的磁通就会引起空载电流和空载损耗增大，且噪声增大。

2)铁心的有效截面虽然符合设计要求，但因未夹紧，外形尺寸过大了，这样也会增大噪声，降低机械强度，且使套装绕组困难。

铁心夹紧力不均匀，边缘有自由端存在，也会产生噪声。

铁轭螺杆绝缘管损坏，也会造成片间短路，空载电流和损耗剧增，会使铁轭局部过热，甚至烧坏铁心。

五、铁心对清洁度的要求

铁心使用之后会有灰尘、油污、纤维等金属或非金属异物等杂物附着其上，如果铁心上带有这些东西，当变压器运行时，在绕组电场的作用下，这些异物会在油中形成导电的小桥，可能导致铁心多点接地。金属异物也可能造成铁心短路而引起事故。铁心不清洁或有异物，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。所以铁心叠装应特别注意清洁。为此要做到以下几点：

1)叠装前，工作场地必须打扫干净；

2)将零部件清理干净，吹去灰尘；

3)不要用脚踩铁心片；

4)在装配过程中，绝缘件和铁心片不能放在地上；

5)未叠装完的心片、铁轭、心柱，每天收工时都必须用塑料布盖上，防止落入灰尘；

6)叠装完毕的铁心要进行检查，去掉上边的各种异物，清理和整理后用塑料布盖好，防

止灰尘落入。

三、铁心叠装的质量问题及故障

一、铁心主要零部件质量对铁心的影响

变压器铁心是由许多零部件组成的。零部件的质量将直接影响铁心的装配质量。例如，高、压下夹件对装后，两肢板不在同一平面，会造成绕组套装后的压装困难，因此影响铁心整体刚度；如果夹件焊线不平整，有焊渣、夹杂、铁砂等，将影响铁心夹紧力；如果穿心螺杆的酚醛纸管或其他绝缘件损坏，会造成铁心多点接地，接地点间形成环流，使空载损耗增加，严生局部过热，甚至烧毁铁心。

正确选用铁心零部件，是保证铁心正常工作的重要措施。在铁心叠装前，应根据图样要求，严格检查铁心零部件的质量，确认合格后方可进行装配。

二、铁心叠装的质量问题及处理方法

要求铁心片平整、无波浪，起立后应垂直、不歪斜，级次清楚，接缝严密，心柱和铁轭叠片组对称分布，各级叠片组厚度正确，端部片间无短路等，否则将影响铁心的电磁性能。在铁心叠装过程中，往往会出现各种质量问题，现将几种常见的质量问题、产生原因和解决方法简介如下：

1．叠装后的铁心各级接缝过大和各级块倾斜

铁心叠装完成后，可能会出现铁心各级缝隙过大或倾斜等问题，此类问题的产生原因有：

1)铁心叠装中夹件放得不正，第一级叠片摆放偏斜，铁心对角线不等，测量不准；

2)叠片中各级沿心柱宽度方面移动而产生铁心倾斜；

3)叠装中各级沿心柱长度方向移动而产生铁心倾斜；

4)铁心片角度加工角度不对；

5)铁心接缝处对接不平。

对于上述问题的解决方法是：铁心叠装工作台的平面必须找平。叠装第一级时，要准确测量对角线，使之相等。在叠装过程中，应随时检测，发现不合格处应及时校正，对于不合尊片应挑出，不得使用。叠片时，尽量使同一层的各个接缝尺寸均等，在此前提下力争使接缝最小。

2．叠装后的铁心总厚度尺寸超差及直径尺寸超差。

铁心叠装后总厚度尺寸超差及直径尺寸可能会出现超差，这个问题是由于叠装片数不对而造成的。如果是正公差，一定要保证下道工序能套装绕组。如果是负公差，则铁心截面积不够，使磁通密度增加，铁心空载损耗增大，且绕组套装间隙大。

解决方法是：叠装中要准确测量每级厚度，以保证铁心总厚度符合要求。根据实践经验，片号尺寸合格，总厚度尺寸合格，铁心直径也在合格范围之内。每级叠装要对称．否则也会产生不圆而使直径超差。

3．心柱和铁轭厚度不均匀

铁心叠装后经常出现某一级铁心柱一侧尺寸厚，另一侧尺寸薄的情况。这个问题的产生原因是硅钢片本身厚度不一致或剪切毛刺大：致使霉片有气隙造成的。因为叠片一侧超厚，就会引起心柱直径超差，使绕组套装困难，甚至会破坏绕组的绝缘。硅钢片局部压不紧，受力不均匀，会严生刺耳的噪声，使铁心振动加剧，这些都是不允许的。

解决方法是：冲剪加工铁心片时，严格控制毛刺大小，严格检查硅钢片的质量，不合格品不使用。

4．铁心装配后端部片间短路

铁心叠装后有时会端部片间短路，造成这个问题的原因是：接地片放置位置不正确和铁心端面绝缘损坏造成的。因此，在叠装过程中严禁用铁器敲打级台。接地片放置要正确；并保证产品清洁。

5．铁心叠装后零部件装配不上

铁心叠装后零部件装可能配不上，这个问题是零部件不合格、装配不当或设计错误造成的，所以应该严格检查铁心零部件质量，完全合格的再使用。如果零部件完全合格，装配得当是不会有问题的。

三、铁心叠装时注意事项

1)坚持文明生产，保持环境清洁、干燥，铁心片上不得有灰尘、油污，不能用脚踩铁心片，装配完的铁心要盖好。

2)在装配过程中，严防损伤硅钢片的绝缘膜；

3)严格按工艺规程和设计要求进行操作；

4)铁心装配完毕，起吊铁心时要平稳，注意不要倾倒碰伤铁心，成品铁心应放置在平整的地面上；

5．装配铁心操作时不要穿短裤。

四、铁心故障及清除方法

1．铁心多点接地的危害、判断和排除方法。

变压器正常运行时，绕组、铁心、夹件等都处于交变电场和磁场之中，铁

心及夹件等金属部件要产生感应电动势，如果铁心及夹件等不接地，将会引起局部放电，

同

时也无法判断绝缘结构的正确性。因此，铁心必须有一点可靠接地。如果铁心由于某种原因，

在某处出现另一点接地，则称为铁心多点接地。

铁心多点接地的类型很多，常见的有：

1)铁心夹件支板距心柱太近，硅钢片翘起，触及夹件支板。

2)铁轭螺杆的衬套过长，与铁轭硅钢片相碰。

3)铁心下铁轭阶梯间的木垫块受潮或表面附有大量油泥，使其绝缘电阻为零。 图5—42多点接地形成环流图

4)铁心装配时，落入金属异物。

铁心多点接地，通常会使铁心产生环流，出现局部过热，同时变压器的空载损耗增加。

由于环流可通过接地片短路，造成接地片过热，也会导致变压器发生故障，如图5—42所示。

铁心多点接地时的判断方法：

1)气相色谱法 对油中含气量进行分析时，如果气体中的甲烷及烯烃组分很高，而一氧

化碳和二氧化碳气体与以往相比变化甚少或正常，可判断为裸金属过热。变压器中的裸金属

件主要是铁心，当出现乙炔时，则可以认为是间歇性接地。

2)测量接地线电流法 利用变压器铁心的外引线接地套管，测量地线上是否有电流，正

常时地线上无电流，或电流在1A以下。当有多点接地时，这时地线电流往往会显著增大到

几十安培或以上。

在现场判断铁心多点接地，可采用直流法和交流法：

1)直流法 将铁心与夹件的连接片打开，在轭两侧的硅钢片上通入6V的直流电，然后

用直流电压表，依次测量各级硅钢片间的电压，如图1-13所示。当电压等于零或表针反向

指示时，则可认为该处是接地点。

2)交流法 将变压器低压绕组接人交流电压220～380V，此时铁心中有磁通存在，如果

多点接地，用毫安表测量会有电流(铁心和夹件的连接片打开)。用毫安表沿铁轭各级逐点测

量，如图1-14所示。

图1-13直流法测多点接地接线图 图1-14交流法测多点接地示意图

铁心多点接地的排除方法：

1)铁心装配完毕，若发现因铁轭螺杆绝缘管损坏而造成多点接地，应及时更换绝缘管；絮果是夹件腹板背后的支板接触铁心，应设法排除；若接地片装置不良，应重新装置接地片：便乙援地良好。

2)若变压器在运行中发现多点接地，可采取以下排除方法。

①接地线引出在外部接地时，如果故障电流较大，可临时打开接地线运行，但必须加强监视。

②如果是不稳定接地，可在工作接地线中串入一个滑线电阻，使电流限制在1A以下。滑线的电阻值，是将正常工作的接地线打开测得的电压，再除以接地线上的电流所得，即R=U／I。一般情况下R值常取250～1000Ω。

③采用色谱分析法监视故障点的产气速度．来判断故障类型。

④望过测量找到确切接地点，如果无法处理，可将铁心的正常工作接地片移到故障点处， 以上这些都是临时性急救措施，可用于及时排除故障。

2．变压器运行时铁心产生的噪声原因

变压器运行中会发出嗡嗡噪声。产生噪声的原因有两种：一种是在交变磁场中，由硅钢片受到电磁力的作用而伸缩产生的，这种响声，是正常现象；另一种是因铁心装配质量问题造成的铁心片振动而产生的声响，这不但破坏了环境的安宁，而且长期运行下去会破坏硅钢片之间的绝缘。

综上所述，铁心装配质量问题表现在以下几个方面：

1)叠片有差错，造成空片、多片、搭头，使铁心叠装后压不紧。

2)铁心片有弯曲、损坏，造成压装后夹不紧。 ．

3)铁心叠装后，夹紧螺杆未上紧。