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1、抽油机专用调容节能变压器的研制,新疆华易石油工程技术有限公司 2009年06月,2009年QC成果材料,RSY13-MR系列油田专用变压器,目 录,一、概况 二、小组简介 三、选题理由 四、设定课题目标 五、提出方案并确定最佳方案 六、制定对策 七、对策实施 八、效果检查 九、巩固措施 十、总结与下步打算,一、概况,近年来, 油田开始逐渐对老式变压器进行更换，取得较明显的经济效益。但从目前节能用电变压器行业技术水平的发展来看，所选用的专用变压器的节能效果还不够理想。以更为先进、节能效果更佳的新型节能专用变压器来取代老式变压器，装备油田电网、进行油田电网的改造，提高油田电网的经济运行水平是极具意
2、义的。 RSY13-MR系列油田专用变压器是根据油田抽油机负载变化特点而设计的一系列符合抽油机实际工况的新型变压器。与传统的变压器相比，提出了合理地配置供电、用电系统，体现综合节电效果的理念，从根本上解决“大马拉小车”的现象，使系统具有运行电流小、运行效率高的特点，负载损耗比过去低，同时可以提高油田电网的系统效率。,二、小组简介,1、QC小组活动计划和实际进度表,三、选题理由,1、使用现状,2、油田专用变压器缺陷情况的调查分析,2、油田专用变压器缺陷情况的调查分析,调容变压器虽然解决了“大马拉小车”现象，但均存在体积大，结构复杂，价格高，操作维修不方便，空载负载损耗大，而造成的大量的闲置容量和
3、能源浪费等缺点，尤其不适合在油田这样频繁变换容量的现场使用。 而自动调容变压器，其容量可随电流的变化自动调节既可以实现启动瞬间的大电流大容量，而正常运行是仍然是一个小容量，具有结构简单，体积小，成本低，易操作，自动调容，能耗低的优点。,3、确定选题题目,抽油机专用调容节能变压器的研制,四、设定课题目标,1、目标值的确定,五、提出方案并确定最佳方案,1、新型变压器铁芯结构 经广泛调查，对几种变压器铁芯结构进行分析、对比，主要包括平面迭片式、平面卷铁芯的结构。由头脑风暴的分析方式经过多种形状，多种构造，经过平面的分析方式上升至立体结构。 初步选定研制新型油田专用变压器为三角形立体卷铁芯式。 以下对
4、平面和立体式的调容变压器进行分析：,1、新型变压器铁芯结构分析,单框铁芯示意图,三相立体卷铁芯,三相平面卷铁芯,1、新型变压器铁芯结构分析,计算空载损耗P时，因为三个铁芯框是互无关系的，且每框磁通是每相磁通的 倍，同时三角形立体卷铁芯的轭截面积是每相柱截面积的1/2，假设每相柱中的磁通密度B= ,则轭中磁通密度B1=1.154B，同时，合理确定铁轭与心柱的分界面十分重要，因为这关系到计算空载损耗的大小。 在计算重量时，假设由平面卷铁芯转为立体卷铁芯时，铁芯中心距不变，窗高不变、心柱截面积不变，同时假设单框铁轭重量为G，则平面卷铁芯铁轭重量大于8G，而立体卷铁芯的重量为6G。如上示意图所示。那么
5、，当卷铁芯参数不变的情况下，立体卷铁芯铁轭比平面卷铁芯铁轭重量减轻25%左右。这样立体卷铁芯铁轭部分空载损耗比平面卷铁芯铁轭部分损耗也降低25%左右。同时，考虑到三框式截面要比单框式增加，造成铁芯损耗增大，因此整个铁芯的空载损耗比平面卷铁芯下降10%左右。,2、新型调容变压器卷铁芯形式选择试验分析,三角立体卷铁芯的结构与平面卷铁心结构相比，突出的特点是铁芯具有完全对称的磁回路。这是因为三角立体卷铁心是由三个完全相同的、单个的卷铁心框，按照三棱柱的形状组合而成的。三角立体铁心的结构决定了各框中的三次谐波可以自由流通，且不影响心柱中合成磁通的品质。 三角形结构的卷铁芯变压器通过磁路分析，突破了三相
6、平面排列卷铁芯变压器的框框，采用3个相同矩形的半圆截面卷铁芯，组合成为立体三角形结构的三相变压器铁芯，使三相铁芯的磁路完全对称，磁阻大大减少，激磁电流、空载损耗显著降低，成为运行噪声更小、结构更为紧凑的高效节能卷铁芯变压器。,2、新型调容变压器卷铁芯形式选择试验分析,1、降低网络损耗； 2、提高网络功率因数； 3、提高供电网设备的有效利用率； 4、减少无功补偿设备的投入，可节省设备投资、运行费用。,3、确定最佳方案,三角形立体卷铁芯是用由窄到宽，再由宽到窄的连续钢带，先绕制三只横截面为半圆形的内铁芯，再把三只内铁芯立体拼装在一起，构成三个铁芯柱横截面近似圆形的三角形立体卷铁芯。三相磁回路完全对
7、称相等，它的结构是公认的理想电力变压器结构，这是平面卷铁芯无法比拟的，试验表明三角形立体卷铁芯电力变压器各项测试数据更优于平面卷铁芯电力变压器，三角形立体卷铁芯是电力变压器铁芯结构上的一次重大突破和飞跃！它的诞生被誉为“电力变压器铁芯的一次革命“，因此三角形立体卷铁芯电力变压器是节能、环保，超静音的理想电力变压器，是卷铁芯中的精品，精英中的精英。 其次，立体卷铁芯比平面卷铁芯少了一个中心距重量，整个铁芯中心质量下降约15%，平面叠铁芯整个铁芯质量下降约20%。重量大幅度下降使空载损耗大幅度下降，三相立体卷铁芯（如下图实物所示）是节能又节材的最佳选择。,4、样机外观设计简图,5、产品样品示意图,
8、六、制定对策,七、对策实施,三角形结构变压器铁芯的俯视图,三角形铁芯的某一相截面示意图,1、三角形立体卷铁芯变压器材料计算,1、三角形立体卷铁芯变压器材料计算,对称三角形圆截面卷铁芯变压器大大节省原料。它的卷铁芯采用厚度为 0180.30 mm的高导磁冷轧硅钢带卷绕制造，这种卷铁芯硅钢带不用横剪，采用从原始材料中裁剪两块相同的曲料的方式，是原材料利用率最高的方法，因此冲缺没有废料，而中小型叠装铁芯却有 5以上的废料；而且，同容量条件下，卷绕式铁芯比叠片式铁芯少了4个 尖角和4个小尖 角，可节省铁芯总量的10 12 较之用硅钢片叠成的阶梯形截面的卷铁芯，卷绕式变压器空间利用系数高，线圈导线的长度
9、减少，节约铜材，又可降低负荷损耗。,1、三角形立体卷铁芯变压器材料计算,变压器绕组采用缩醛漆包圆铜线以及纸包铜扁线绕制，结构采用层式圆筒式结构，层式圆筒式线圈填充系数高，轴向短路力小，抗冲击性能好同时安匝分布均匀，绝缘结构台理。绕组内部采用瓦楞绝缘纸板，在过载运行条件下，变压器通过油循环将绕组产生的热量顺利散发出去 ，从而保证线圈内部不会出现局部过热。线圈的绕制应采用自动绕线机进行绕制，导线具有足够的恒拉紧，减小线圈的绕制裕度，普通绕线机绕制时绕组裕度为78，而用自动绕线机进行绕制时绕组裕度仅为 34，可见用自动绕线机可以大大提高绕组的紧密性，从而提高线圈的抗短路能力。绕组的电流密度可结合油田
10、抽油机起动冲击负载大、正常运行负载平稳的特点，通过温升计算软件科学计算而取得，保证变压器在过载情况下绕组温升能满足变压器运行要求。,2、针对变压器的技术指标测试分析,研制的调容变压器包括变压器油箱、铁芯和高低压绕组。采用三组尺寸相同、近似于圆截面的矩型卷铁芯，组合成为立体三相变压器铁芯，使三相铁芯磁路完全对称，使磁阻大大减少，激磁电流、空载损耗显著降低。此变压器是一种使用传统铁芯材料，运行噪声更小、结构更为紧凑的高效节能型变压器，其绕组采用环氧基复合高强度缩醛扁铜线材，其阻抗指标设计为：UK（%）（1.6-2.0）%。,2、针对变压器的技术指标测试分析,根据变压器阻抗UK（%）的计算公式： U
11、K % （1） 式中，Ur电阻压降，Ux电抗压降。 UrPK/（10Se）% （2） 式中，PK负载损耗，Se容量。 UK % 49.6FIWDp K/(eH*106 ) （3） 式中，F频率，I额定电流, W主分接时总匝数，D总漏磁间隙，e每匝电势，H两个线圈的平均电抗高度，p、K系数。 从（3）式中可知，电抗压降与电流是成正比的。 Se3IU （4） 由（4）可知，容量和电流也成正比，由于Ur相对Ux较小，因此，Uk和容量Se之间约为正比关系。 由此可知，当Uk（%）（1.6-2.0）%时，容量可达到标准容量的1.8到2倍，可以实现在大范围内进行调节。,2、针对变压器的技术指标测试分析,设
12、计采用三角形立体卷铁芯结构，可以使变压器空载损耗、噪音指标大幅度下降。其高低绕组采用了环氧基复合自粘高强度缩醛漆包扁铜线，有很强的抗冲击负荷能力。油箱采用三角形全密封波纹式油箱，使变压器油与空气隔绝，延缓了变压器油的老化，可延长其使用寿命。 RSY13MR50/10调容变压器例行试验、温升试验、声级测定、三相变压器零序阻抗测量、空载电流谐波测量、雷电冲击试验的试验结果符合检验依据标准和技术服务书要求，样品上述试验合格,RS9与RS13-MR变压器的技术性能对比预期数据表,研制的调容变压器包括变压器油箱、铁芯和高低压绕组。采用三组尺寸相同、近似于圆截面的矩型卷铁芯，组合成为立体三相变压器铁芯，使
13、三相铁芯磁路完全对称，使磁阻大大减少，激磁电流、空载损耗显著降低。此变压器是一种使用传统铁芯材料，运行噪声更小、结构更为紧凑的高效节能型变压器。,八、效果检查,1、RSY13-MR系列变压器技术指标列表,2、RS13-MR变压器的技术性能对比实测数据表,3、变压器主要参数统计检验,对于变压器产业化的性能数据统计如下：,新型变压器取得的成果,目前，该项目技术（产品）已形成规模批量生产，并已取得以下成果： 国家实用新型专利； 发明专利进入实审阶段； 通过重点技术创新项目的验收； 通过自治区经贸委新产品鉴定； 获得2008年高交会拥有自主知识产权证书；,附图1 附图2,专利证书,新产品鉴定证书,查新
14、报告,附图3,九、巩固措施,1、制定油田专用调容节能变压器的管理办法，规范设计资料、图纸整理归档。 2、将油田专用调容节能变压器的工艺标准纳入到工艺流程指导中，制定油田专用调容节能变压器的操作规程。 3、现场作业部负责定期组织现场作业人员进行技术培训和经验交流，由现场作业人员按技术水平进行岗位设定，尤其是新进员工的培训。 4、为了更好的验证实用性，对用户使用情况进行跟踪调查。,5、QC小组成员评价表,十、总结与下步打算,1、总结 此新型变压器的制造工艺过程如下：硅钢片裁切成型硅钢片缠绕（铁心成型）漆包铜线缠绕变压器芯组配、烘干箱体制造总体安装箱体注油检测测试 此新型油田专用变压器为油浸式，变压器油箱完全符合GBT6451标准对油箱的强度要求，具有很强的抗过载能力 。 此新型油田专用变压器的整个过程进行系统分析，根据PDCA的循环过程总结如下流程图：,2、新产品产业化设计生命周期比较,3、下步打算,在下一次的QC小组活动中，我们将以 “非晶合金油田专用节能调容变压器的研制” 作为活动课题，进行技术攻关！,汇报结束,恳请专家批评指正,谢谢,
