15kV级电力变压器结构三维设计方案

　　在城乡10kV-15kV配电网升级、工业园区专线供电、中小型工矿企业内部配电的场景里，这类15kV电压等级的电力变压器是电能转换分配的核心节点，承担着把高压输电线路送来的15kV等级电压降压为400V低压用电电压、直接给终端用电设备配送电能的作用，和超高压大容量主变不同，这个电压等级的变压器直接对接末端用电网络，运行的稳定性直接影响终端用户的供电可靠性。做这个结构设计的时候，首先要考虑的是现场安装的适配性，这类变压器常见的安装场景分两类，一类是户外柱上挂载，一类是户外台架落地安装，还有少量是安置在小区、厂区的低配室内，所以整体外形的长宽高尺寸要匹配常规台架的安装孔位间距，底部的安装底座预留的固定孔位要适配通用的槽钢安装基座，

　　避免现场安装的时候重新打孔改基座，同时外壳的散热筋排布要兼顾自然通风的散热需求，不管是柱上高空通风条件好的场景，还是低配室相对封闭的环境，都能保证运行时绕组和铁芯的温升控制在绝缘材料允许的范围内。结构设计上，铁芯采用多级阶梯叠片的结构排布，在保证铁芯有效导磁截面积的前提下，尽可能缩小铁芯的整体占用空间，减少硅钢片的无意义用料，同时叠片的接缝处采用交错叠接的方式，降低空载运行时的励磁电流和铁芯损耗，毕竟这类配变常年挂网运行，空载损耗的累积值是运行经济性的重要指标。绕组部分的排布要考虑高低压绕组的绝缘距离，15kV侧的高压绕组要预留足够的绝缘裕度，绕组和铁芯之间、高低压绕组之间的绝缘撑条排布要均匀，既保证绝缘距离符合高压电气的安全规范，

　　又能让绕组内部的散热油道通畅，变压器油循环的时候能顺利把绕组运行产生的热量带出去到外壳散热。高低压侧的出线套管位置设计也要匹配现场的接线习惯，高压侧的套管排布在箱体的一侧，预留足够的安全接线距离，方便运维人员挂接高压引线、做验电接地的操作，低压侧的套管因为电流更大，接线端子的接触面积要满足额定电流下的温升要求，同时端子的排布间距要避免低压大电流引线之间的电磁干扰，也防止不同相的引线距离过近留下短路隐患。箱体的结构设计还要考虑日常运维的便利性，顶部的油位计位置要站在地面或者台架边就能清晰观察油位，侧面的放油阀、取油样阀的位置要方便运维人员操作，不需要额外搭建太高的作业平台，箱体的密封结构要满足户外运行的防雨防尘要求，

　　所有法兰连接的位置都预留密封胶条的安装槽，避免长期户外运行出现雨水渗入箱体内部、影响绝缘性能的问题。另外还要考虑运输过程中的结构强度，整体箱体的吊装钩位置要匹配整体重心，吊装运输的时候不会出现倾斜磕碰，内部的铁芯绕组和箱体之间的固定结构要能承受公路运输的颠簸振动，不会出现绕组移位、铁芯松动的问题，运到现场之后不需要额外做内部结构的调整，做完常规的电气试验就能直接挂网运行。在做三维建模的时候，每一个部件的装配关系都要和实际生产的装配流程匹配，比如铁芯叠片的堆叠顺序、绕组的套装间隙、绝缘件的安装位置、箱体焊接的连接位置，都要符合实际的加工工艺要求，不会出现设计出来的结构没法实际加工装配的问题，比如散热管和箱体的焊接位置，要避开内部加强筋的位置，方便焊接作业，同时焊接之后的应力不会影响箱体的整体平整度。还有一个容易被忽略的设计点是接地端子的设置，箱体外壳、铁芯的接地端子要设置在箱体下部靠近安装底座的位置，方便现场连接接地网，接地端子的导电面积要满足接地故障时的电流导通要求，不会出现故障时接地不良导致外壳带电的安全隐患。