变压器结构设计与制造工艺探微

变压器是电力系统的基础设备，其长期稳定运行是提高电力传输效率和安全性的重要前提。为保证变压器长期稳定运行，有必要加强变压器结构设计，综合考虑变压器容量、电压等级、工作频率、绝缘性能、负载损耗以及运行效率等方面的要求，优化设计变压器的核心构成部分，并根据设计图纸严格控制变压器制造工艺，从而提高变压器整体质量和性能。

1 变压器结构设计

1.1 铁芯设计

根据变压器容量、电压等级和工作频率要求选择铁芯材料，高频变压器选用铁氧体磁芯ferrite core，低频变压器选用具有较高电阻率的硅钢片；变压器中的铁芯较长，将铁芯设计成长圆筒形，高度一般为 45-55mm 。当采用双层或多层铁芯结构设计时，铁芯高度不得小于 50mm ；铁芯轴向最大长度为 550mm ，厚度应控制在 1.2-1.5mm 之间，铁芯厚度过薄可能会导致机械强度不足，过厚可能会增加铁损 [1] ；变压器的一次线圈采用矩形或方形铁芯结构设计，二次线圈采用三角形或环形铁芯结构设计；铁芯叠片紧密排列，且叠片之间保持一定距离，以提高铁芯导磁性能；优化设计铁芯定位孔，使其从常规直径 12mm 降至8mm，通过减小定位孔直径达到增加铁芯面积、降低变压器空载损耗的目的。

1.2 绕组设计

在变压器绕组装置设计中，应 00 增加横向通风管道或冷却空气槽，提高绕组的散热性，避免铁芯温度上升过快；根据变压器电流和电压大小，优化设计导线排布，保证电流分布均匀；为增强变压器绕组端部的稳定性，可以将方形或环形加强筋设置在绕组棒周边，平衡分布绕组，降低绕组损耗；合理确定线圈端部厚度和铁芯的绝缘厚度，保证变压器安全运行 [2] ；根据绕组棒直径确定绕组压接方式，当绕组棒直径相同时，线圈压接需采用均匀分布方式；对绕组与铁芯之间进行隔离设计，使用绝缘胶带或者涂刷绝缘漆的方式进行隔离，并且需要控制线圈与铁芯的间隙，保证线圈压接严密。

1.3 油箱设计

变压器油箱采用高强度钢板，厚度在 2.5-6.0mm 之间，保证油箱整体结构具有一定强度；油箱一般采用全封闭钟罩式结构或箱式结构，前者适用于大型变压器，后者适用于中小型变压器；油箱顶部设计坡度不小于 1.5% 的斜坡，起到引导气体聚集的作用；在油箱散热设计中，可以配置风冷系统，将风扇加装到散热器下部，加快绝缘油的冷却速度；在油箱与油枕之间安装气体继电器，对油流和气体进行监测，便于及时发现异常油流和气体聚集现象；在油箱底部设计加强筋，提高油箱整体刚度。

1.4 油枕设计

在变压器油枕设计中，根据油箱总油量确定油枕容积，其容积一般为总油量的 8%-10% ，油枕结构为圆柱形，便于油面自由伸缩；油枕密封形式包括胶囊式、隔膜式和波纹式，其中胶囊式较为常见，通过橡胶胶囊对油与空气进行分离；在油路连通设计中，油枕最低油面需高于高压套管顶部，油枕底部与油箱之间用连通管相连。

1.5 低压接线端设计

变压器低压接线端采用铜镀锡材料，将导油膏涂抹到母线连接处，有效预防电化学腐蚀；在端子结构设计中，螺栓采用高强度材质，对向紧固双螺母；根据变压器容量设计引出母线，对较小容量的变压器，引出母线截面积不得小于 60m ㎡。对较大容量的变压器，引出母线截面积不得小于 100m ㎡；变压器采用封闭母线槽，考虑母线波阻抗大小配置相应的端子法兰；对低压接线端进行过电压防护设计，安装避雷器，接地线与外壳、中性点共同接地[3]。

2 变压器制造工艺

2.1 铁芯装配工艺

在铁芯制造中，对硅钢片进行表面处理，要求其表面平整、无油污，剪切后的毛刺高度不得超过 0.02mm ；采用步进式叠片工艺，斜接缝为 45^∘ ，严格控制叠片精度，叠片波浪度不得超过 2mm ；在铁芯装配时，采用高强度螺栓对向紧固双螺母，将厚度不小于 1mm 的绝缘纸板垫在铁芯与夹件之间；在铁片间插入紫铜片，插入深度不小于 80mm ，使用绝缘包扎牢固外露部位，防止铁芯形成闭合回路；检查铁芯装配质量，要求铁芯翻转后不发生松散变形现象。

2.2 线圈绕制工艺

线圈绕制要在防尘车间制造完成，车间需保持高度清洁，以保证线圈清洁度达到规范要求；在根据线圈性能要求确定绕线方式，主要包括立绕、平绕、斜绕等方式。以立绕为例，采用立绕机和拉紧装置张紧后开始绕制，重点控制绕线张力，使所有绕组保持一定的绕紧力，增强线圈机械强度；对与线圈接触的绝缘件进行倒角去毛，利用干燥设备降低绝缘件的含水量；在线圈绕制中按照设计要求的匝数、线径、层数、绕向控制绕制质量；为提高绕组装置的防雷电冲击性能，需包扎处理绕组装置的屏蔽头和屏蔽线圈。

2.3 引线装配工艺

在引线预处理中，按照设计图纸要求加工引线尺寸，对预先包纸的引线段在包纸机上完成半叠包，预留出焊接部位，将接口包成锥形过渡段；清理绕组导线漆膜，锉平炭精块表面，为焊接做好准备；在焊接时，铜线采用磷铜焊条电弧焊，低压钢排搭接面积要大于铜线截面积 5 倍，加强焊接温度控制，保证焊接处的磷铜渗透饱满，焊接后清理掉毛刺和氧化皮；引线穿过绝缘架孔后使用皱纹纸包好，保证紧实无凸起。

3 结语

综上所述，加强变压器结构设计和制造工艺控制，对提高变压器性能、保证变压器高效运行有着重要意义。在变压器结构设计和制造中，要合理选择铁芯材料，优化铁芯结构，降低能量损耗。同时，还要优化设计绕组、油箱和低压接线端等部件，规范线圈绕制工艺与引线装配工艺，从而提高变压器设计水平和制造质量，保证变压器各项功能满足电力系统安全运行要求。

参考文献

[1] 陈益平 , 任东风 , 孙雁亭 . 变压器结构设计与制造工艺研究 [J]. 现代制造技术与装备 ,2023(12):14-16.

[2] 张国云 . 变压器铁芯和线圈制造工艺优化研究 [J]. 中国科技纵横 ,2025(7):84-86.

[3] 靳 忠 福 . 一 种 新 型 铁 路 稳 压 供 电 变 压 器 结 构 设 计 [J]. 高 压 电器 ,2021(1):176-181,188.