針對大型變壓器繞組常見繞法研究探討

屈乾達(dá)

摘 要：現(xiàn)如今，電力負(fù)荷需求量越來越嚴(yán)峻，進(jìn)一步要求大型變壓器的生產(chǎn)與投運(yùn)，其繞組的繞制方法對電力壓器的容量及抗短路能力有顯著的效果，不同的電力變壓器對應(yīng)的繞組方法方式不一致，相應(yīng)的獲得不同抗短路能力參數(shù)，文章就大型變壓器的各種不同形式繞組繞制方法作進(jìn)行相關(guān)介紹。

關(guān)鍵詞：變壓器；繞組；方法

中圖分類號：TM41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0063-02

Abstract： Nowadays， the demand for electric power load is becoming more and more severe， which further requires the production and operation of large transformers. The winding method has a remarkable effect on the capacity and anti-short-circuit ability of electric voltages. Different winding methods of power transformers are different， and different parameters of anti-short-circuit ability are obtained. This paper introduces the winding methods of different types of large transformers.

Keywords： transformer； winding； method

電力變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造出來的電氣設(shè)備，電力變壓器至少應(yīng)有能高效利用電磁感應(yīng)的鐵心和繞組。電力變壓器的主要部分是鐵心、繞組、絕緣、外殼和必要的組件等。由于容量、電壓的不同，電力變壓器的鐵心、繞組、絕緣、外殼和必要的組件的結(jié)構(gòu)形式可以是不一樣的。

1 變壓器結(jié)構(gòu)

變壓器可以變換不同電壓，是通過鐵心內(nèi)的磁通隨時(shí)間的變化，在不同匝數(shù)的繞組內(nèi)感應(yīng)出不同的電壓。鐵心是變壓器的磁路部分，作用是導(dǎo)磁，一般采用導(dǎo)磁率高，損耗低的電工鋼片作為鐵心的材料，主要為了減少交變磁通在通過鐵心時(shí)引起的磁滯、渦流損耗。鐵心是變壓器的骨架，鐵心上幾乎安裝了變壓器內(nèi)部所有的部件，鐵心的心柱上套裝著變壓器繞組，并利用鐵心的夾緊裝置固定繞組，形成一個(gè)整體，提高了變壓器整體的機(jī)械強(qiáng)度。

1.1 鐵心材料

鐵心使用的是含硅量較高的鋼片，又稱硅鋼片。由于軟磁特性好而用于電工產(chǎn)品，所以稱為電工鋼片。硅鋼片有熱軋和冷軋兩種，熱軋硅鋼片的磁性差，磁通密度只能達(dá)到較小，而單位損耗較大，目前已不采用。冷軋硅鋼片又分無取向和取向兩種，冷軋取向硅鋼片有明顯的方向性，沿軋制方向的磁性能好，飽和磁密高，單位損耗和勵磁容量小，目前變壓器廣泛采用冷軋取向硅鋼片作為鐵心材料。

1.2 鐵心的結(jié)構(gòu)

變壓器鐵心是框形閉合結(jié)構(gòu)，套線圈部分為心柱，不套線圈部分為鐵軛（上下鐵軛、旁軛）。鐵心分為殼式和心式兩種。殼式鐵心水平放置，鐵心包圍繞組。心式鐵心一般垂直放置，鐵心截面呈多級圓柱狀，線圈包圍心柱。有多種規(guī)格的硅鋼片疊裝而成的鐵心稱疊鐵心結(jié)構(gòu)。由硅鋼片卷制而成的鐵心稱為卷鐵心結(jié)構(gòu)。

1.3 鐵心接縫結(jié)構(gòu)

鐵心的接縫方式分為直接縫、混合接縫（半直半斜）、標(biāo)準(zhǔn)斜接縫、臺階斜接縫和相交斜接縫五種。鐵心心柱截面形狀有矩形截面、漸開線性截面、輻射片環(huán)形界面、多級圓形截面。鐵軛截面形狀有矩形截面、倒T形和多級倒T形截面、正T形和多級正T形截面、多級圓形截面、多極橢圓形截面。（1）直接縫。直接縫是指每疊鐵心片均為直接縫，搭接面積占角部面積的100%，鐵心片剪切簡單，疊積方便，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度好。但對冷軋晶粒取向硅鋼片，搭接面積越大，磁通偏離軋制方向越長，磁性越壞，故只能用于熱軋硅鋼片中。（2）混合接縫（半直半斜接縫）。直接縫和斜接縫在各疊中交替出現(xiàn)，心柱片和鐵軛片寬一致時(shí)，斜接縫為450，搭接面積占角部的50%，空載性能比直接縫有明顯改善，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠，剪切疊積方便，硅鋼片利用率最高。但仍有一半是直接縫，影響性能的進(jìn)一步提高。（3）標(biāo)準(zhǔn)斜接縫（帶尖斜接縫）。鐵心片全為450斜角片，鐵軛外側(cè)有尖角伸出（或?qū)⒓饨侨サ簦＝遣績?nèi)側(cè)有與尖角大小相同的空隙，局部提高了磁密和損耗，搭接面積較小，磁通拐角小，空載性能好，剪切方便，硅鋼片利用率高。（4）相交斜接縫（變角接縫）。該接縫鐵心斤的角度不是450，通常為350/550交替搭接，也可采用300/600和420/480。交替搭接，該接縫只要心柱和鐵軛片寬相同，就可在不同角度下接合，但其剪切稍復(fù)雜，搭接面積較小。

常用的心式疊鐵心有單相雙柱式、單相旁軛式（單相三柱）、三相三柱式、三相旁軛式（三相五柱）。（1）單相雙柱式疊鐵心。單相雙柱式疊鐵心的心柱與鐵軛在同一平面，交疊方式疊積，兩柱均套線圈，結(jié)構(gòu)簡單，目前廣泛應(yīng)用于單相變壓器。（2）單相旁軛式。單相旁軛式疊鐵心與三相三柱式疊鐵心相同，單相變壓器時(shí)中柱為心柱，兩邊為旁軛，旁軛的截面是心柱的一半，附加損耗小，類似于單相殼式鐵心，適用于高壓大型和高壓試驗(yàn)變壓器。三相變壓器時(shí)三柱各為一相，套裝一個(gè)線圈，是一般變壓器的典型結(jié)構(gòu)，適用于各種三相變壓器。（3）三相旁軛式。三相旁軛式疊鐵心中間為三個(gè)心柱，兩邊旁軛和上下鐵軛截面是心柱的一半左右。常用于三相大容量變壓器和三相三繞組電壓互感器。

2 繞組

繞組是變壓器變換電壓的電路部分，是變壓器的基本部件，繞組的電器性能和機(jī)械性能直接影響變壓器的性能。繞組一般是由表面有絕緣（絕緣漆或紙包絕緣）的銅（鋁或超導(dǎo)材料）導(dǎo)線繞制而成，一般成圓柱形?？紤]到大型變壓器短路容量較大和系統(tǒng)容量的增加，為了提高繞組穩(wěn)定能力、抗短路能力，選用半硬銅導(dǎo)線。為降低損耗采用自粘換位導(dǎo)線。由于國產(chǎn)變壓器絕大多數(shù)是心式結(jié)構(gòu)，它的繞組也都采用同心式結(jié)構(gòu)，這種圓柱形繞組，正適合同心式變壓器繞組的布置。因此，大多數(shù)變壓器均采用圓柱形繞組。變壓器繞組中通過的電流隨額定電壓的不同而不同，繞組的結(jié)構(gòu)與變壓器的容量有關(guān)。因此，電力變壓器繞組采用不同的結(jié)構(gòu)是為了適應(yīng)不同的繞組電壓、電流和加工制造方便。根據(jù)繞組結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn)，繞組的型式可分為層式繞組和餅式繞組兩種。線圈的線匝沿軸向依次按層排列繞成稱為層式繞組，如圓筒式和箔式繞組。線圈的線匝沿輻向繞成線餅，在由多個(gè)線餅沿軸向排列的繞組稱為餅式繞組，如連續(xù)式、糾結(jié)式、內(nèi)屏蔽式繞組。繞組的型式見表1。

2.1 圓筒式繞組

圓筒式繞組類似于一個(gè)圓筒形螺旋體，其線匝用圓或扁導(dǎo)線彼此緊靠著繞成。一般不繞成單層，繞成雙層或多層時(shí)，其層間必須墊絕緣紙板或用木條加在中間做成油道。它的特點(diǎn)是繞制簡單，油道散熱效果好，但線圈端部支撐面小機(jī)械強(qiáng)度差，一般用在小容量變壓器上。

2.2 箔式繞組

箔式繞組是利用鋁箔或銅箔作為導(dǎo)體繞成圓筒式，每層一匝，層間絕緣就是匝間絕緣。它的特點(diǎn)是繞組的空間利用率高，便于繞制，可用于小型變壓器繞組。

2.3 連續(xù)式繞組

連續(xù)式繞組是用扁導(dǎo)線連續(xù)繞制若干個(gè)線餅組成。每個(gè)線餅由一根或幾根導(dǎo)線并聯(lián)連續(xù)繞成的，線餅間由絕緣墊塊隔開并形成橫向油道，絕緣撐條沿繞組內(nèi)徑均勻布置形成縱向油道。線圈的餅數(shù)應(yīng)為偶數(shù)，第一餅（奇數(shù)）由外向內(nèi)繞制為反餅，第二餅（偶數(shù)）由內(nèi)向外繞制為正餅，其余線餅相同。當(dāng)連續(xù)式繞組由多根導(dǎo)線并繞時(shí)，并繞導(dǎo)線內(nèi)部應(yīng)進(jìn)行換位。它的特點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度高散熱性能好，承受沖擊電壓性能差，適用于35～110kV的繞組。

2.4 糾結(jié)式繞組

糾結(jié)式繞組與連續(xù)式繞組相似，它們的不同之處在于線匝的排列順序。它的線匝不以自然數(shù)序排列，而在相鄰數(shù)序的線匝間插入不相鄰數(shù)序的線匝。原來的連續(xù)式繞組的線匝，需進(jìn)行交錯糾連，形成糾結(jié)式繞組。有些110kV變壓器繞組，只是在起始的一些線餅采用糾結(jié)式，其余部分采用連續(xù)式，這種繞組稱為糾結(jié)連續(xù)式，220kV以上變壓器的繞組全部采用糾結(jié)式。糾結(jié)式繞組提高了匝間電位差，增大了繞組縱向電容（縱向匝間），可以改善沖擊電壓起始分布，降低電壓梯度。缺點(diǎn)是繞制費(fèi)工時(shí)，繞組焊頭多。

2.5 內(nèi)屏蔽式繞組

內(nèi)屏蔽式繞組是由在連續(xù)式線段內(nèi)部插入增加縱向電容的屏蔽線而組成，又稱插入電容式繞組。屏蔽線無工作電流，常采用截面很小、厚度很薄的導(dǎo)線。為了提高內(nèi)屏蔽式的繞組的空間系數(shù)，往往使導(dǎo)線的匝絕緣較薄而屏蔽線匝絕緣較厚。為防止屏線端部放電，必須處理光滑，先包半導(dǎo)體材料再用絕緣紙包扎。內(nèi)屏蔽式繞組和糾結(jié)式繞組一樣可以改善沖擊電壓起始分布，繞制方便，減少大量焊點(diǎn)，可用于110kV及以上的變壓器高壓繞組。

2.6 螺旋式繞組

螺旋式繞組由多根扁導(dǎo)線并聯(lián)按螺旋形繞制成，當(dāng)全部并繞導(dǎo)線重疊繞制成一個(gè)線餅，每繞一匝前進(jìn)一個(gè)線餅時(shí)稱單螺旋；當(dāng)全部并繞導(dǎo)線繞成兩個(gè)線餅，每繞一匝前進(jìn)兩個(gè)線餅時(shí)稱雙螺旋；同樣可以繞制成三螺旋、四螺旋繞組。螺旋式繞組的特點(diǎn)是繞制工藝簡單，冷卻條件好，由于線圈高度的限制，匝數(shù)較多的繞組不適用。一般用于低電壓大電流繞組和有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓繞組。

3 結(jié)束語

電力變壓器至少應(yīng)有能高效利用電磁感應(yīng)的鐵心和繞組，變壓器繞組作為變壓器的核心部件，要保證變壓器器身的絕緣強(qiáng)度和規(guī)定的壽命，必要保持強(qiáng)大的機(jī)械強(qiáng)度，并有一定的抗短路強(qiáng)度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6451-1999《三相油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求》和標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16274-1996《油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求 500kV級》的要求，對不同電壓等級和不同容量的變壓器繞組，其對應(yīng)繞制方法不一樣，本文對實(shí)踐工作有一定的指導(dǎo)意義。

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