一種采用自屏蔽換位導(dǎo)線的變壓器線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

楊穎 李靜

摘要：介紹了自屏蔽換位導(dǎo)線在變壓器線圈結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用，對(duì)其技術(shù)優(yōu)勢(shì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述與分析。

關(guān)鍵詞：變壓器;線圈;自屏蔽換位導(dǎo)線

0 引言

隨著電力變壓器產(chǎn)品的不斷優(yōu)化，為了在行業(yè)內(nèi)更具競(jìng)爭(zhēng)力，我公司采用了一種自屏蔽換位導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)等安匝設(shè)計(jì)的線圈自平衡方式。等安匝設(shè)計(jì)可以明顯改善漏磁對(duì)產(chǎn)品的影響，大幅降低產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)損耗系數(shù)，提高線圈的機(jī)械強(qiáng)度。優(yōu)化后的變壓器線圈結(jié)構(gòu)可以減小產(chǎn)品尺寸，減輕產(chǎn)品重量，降低產(chǎn)品成本。

1 與內(nèi)屏、糾結(jié)連續(xù)式線圈的技術(shù)差異

內(nèi)屏連續(xù)式線圈因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定可靠而得到了廣泛應(yīng)用。目前行業(yè)內(nèi)采用內(nèi)屏連續(xù)式線圈作為交流220 kV和500 kV高壓線圈的主要形式，但內(nèi)屏連續(xù)式線圈的占空率較低，導(dǎo)致屏蔽段電密非常高，而正常段電密又無(wú)法進(jìn)一步提高，這一方面使得繞組的熱點(diǎn)溫升與繞組的平均溫升差別較大;另一方面也導(dǎo)致產(chǎn)品損耗過(guò)大，成本增大。此外，內(nèi)屏連續(xù)式線圈的縱絕緣分布梯度較大，因此線圈屏蔽段需通過(guò)放大線圈油道來(lái)調(diào)節(jié)縱絕緣分布。

采用糾結(jié)連續(xù)式線圈雖然可以解決上述問題，但是一方面，糾結(jié)連續(xù)式線圈工藝復(fù)雜，繞制難度大，容易導(dǎo)致糾結(jié)短路;另一方面，糾結(jié)連續(xù)式線圈限制較多，只能采用紙包銅扁線或組合導(dǎo)線繞制，最多只能在幅向并繞7根。因此，糾結(jié)連續(xù)式線圈依然無(wú)法適用于容量較大的產(chǎn)品。

為了突破這一設(shè)計(jì)瓶頸，我公司采用自屏蔽換位導(dǎo)線，改善了線圈的縱絕緣分布，無(wú)須放大線圈中的油道;減小了屏蔽線的絕緣厚度，提高了線圈的占空率，使得屏蔽段和正常段的電密一致，改善了繞組的熱點(diǎn)溫升;減小了工作線的匝絕緣厚度及產(chǎn)品尺寸，減輕了產(chǎn)品重量;使線圈更好地實(shí)現(xiàn)自平衡，提高了產(chǎn)品性能。采用自屏蔽換位導(dǎo)線繞制的內(nèi)屏式線圈與糾結(jié)式線圈相比，其工藝簡(jiǎn)單、可靠性高。

2 自屏蔽換位導(dǎo)線的種類

自屏蔽換位導(dǎo)線是指將屏蔽線埋在換位導(dǎo)線中，如圖1所示。自屏蔽換位導(dǎo)線繞制后的外形如圖2所示。

本文對(duì)采用自屏蔽換位導(dǎo)線繞制不同屏蔽方式的線段進(jìn)行了介紹，其結(jié)構(gòu)為跨兩段屏蔽、跨四段屏蔽，其中跨兩段屏蔽分別介紹了在線圈表面走屏線和在導(dǎo)線內(nèi)部走屏線兩種方式。

2.1? ? 跨兩段屏蔽

跨兩段屏蔽是在兩段線餅內(nèi)完成一次內(nèi)屏，如圖3所示。屏線沿線圈表面彎折出線段后與額外增加的單根過(guò)渡屏線焊接，如圖4所示。

屏線沿線圈表面經(jīng)過(guò)時(shí)需給出額外的過(guò)渡屏線，過(guò)渡屏線的寬度不得超過(guò)工作線的寬度，若屏線的寬度超過(guò)工作線的寬度，則會(huì)導(dǎo)致線圈加壓時(shí)屏線受力。過(guò)渡屏線與原屏線搭焊時(shí)，與每根原屏線的搭焊寬度不小于原屏線的一半。當(dāng)工作線較寬（幅向尺寸較大），埋在工作線內(nèi)的屏線根數(shù)較多時(shí)，此屏線焊接的方式較難處理。通過(guò)結(jié)構(gòu)改進(jìn)，采用了在線段內(nèi)部走屏線的方式，將需要連接的兩餅線圈的屏線出頭置于同一撐條間隔中進(jìn)行單根對(duì)焊。在導(dǎo)線內(nèi)部走屏線的屏線焊接方式如圖5所示，此種屏蔽方式可以將各段的屏線引出位置集中在2～3根撐條之間。

2.2? ? 跨四段屏蔽

跨四段屏蔽是在四段線餅內(nèi)完成一次內(nèi)屏，如圖6所示。

跨四段屏蔽的屏線焊接及包扎處理方式與跨兩段屏蔽相同。

2.3? ? 屏線中斷點(diǎn)

內(nèi)屏式線圈的屏線在一次屏蔽內(nèi)需將兩個(gè)斷頭焊接在一起，為了不形成封閉的短路環(huán)，在一個(gè)屏蔽單元內(nèi)需將屏線斷開形成中斷點(diǎn)，中斷點(diǎn)的位置需通過(guò)波過(guò)程的計(jì)算得到。屏線中斷點(diǎn)端頭需倒圓、磨平后加屏蔽套，屏蔽后將屏線復(fù)位重新加包導(dǎo)線絕緣至原絕緣厚度。屏線中斷點(diǎn)處理示意圖如圖7所示。

3 幾種屏蔽方式的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

3.1? ? 跨兩段屏蔽

跨兩段屏蔽的內(nèi)屏式線圈屏線的匝絕緣厚度經(jīng)波過(guò)程計(jì)算得出，220 kV產(chǎn)品屏線匝絕緣厚度為1 mm，比傳統(tǒng)內(nèi)屏式線圈屏線的匝絕緣厚度3.95 mm要小得多，有效提高了線圈的占空率。

跨兩段屏蔽的一個(gè)屏蔽單元由兩餅線圈組成，需一個(gè)屏線中斷點(diǎn)和兩個(gè)屏線出頭，兩個(gè)屏線出頭均在線圈外徑側(cè)，破壞導(dǎo)線絕緣的次數(shù)較少。

對(duì)于沿線圈表面走屏線的情況，增加額外屏線分別和兩個(gè)屏線引出焊接即可，可以保證線圈表面屏線焊接緊實(shí)。對(duì)于在導(dǎo)線內(nèi)走屏線的情況，只需計(jì)算好屏線出頭位置，對(duì)兩段屏線進(jìn)行一次單根對(duì)焊，無(wú)須給出額外的屏線。屏線不從油道中爬出，無(wú)須放大餅間油道，同時(shí)減少了屏線的彎折次數(shù)，提高了產(chǎn)品可靠性。

3.2? ? 跨四段屏蔽

跨四段屏蔽的內(nèi)屏式線圈屏線的匝絕緣比跨兩段屏蔽方式的要更厚一些，但與傳統(tǒng)內(nèi)屏式線圈相比要小得多，線圈的占空率也得到了提高。

跨四段屏蔽的一個(gè)屏蔽單元為四餅線圈，屏線出頭的處理數(shù)量更少，但是在波過(guò)程計(jì)算中存在較大困難。

綜上所述，自屏蔽換位導(dǎo)線繞制的內(nèi)屏連續(xù)式線圈，對(duì)改善傳統(tǒng)內(nèi)屏式線圈占空率低、縱絕緣分布梯度大的問題起到了非常明顯的效果，且跨四段屏蔽方式相比跨兩段屏蔽方式，工藝性和穩(wěn)定性都更高。

3.3? ? 屏線引出位置的處理

屏線需從一個(gè)換位節(jié)距中引出，由于換位導(dǎo)線的換位節(jié)距較小，當(dāng)屏線較寬或根數(shù)較多時(shí)，屏線引出較為困難，且恢復(fù)絕緣時(shí)容易導(dǎo)致局部絕緣厚度不足。為了消除以上隱患，需加大屏線引出位置的換位節(jié)距，即在屏線引出位置前后共200 mm內(nèi)無(wú)換位（導(dǎo)線廠家可以實(shí)現(xiàn)此要求），因此在導(dǎo)線采購(gòu)時(shí)需精確計(jì)算每次屏線引出的位置，并在圖紙中明確指出。

恢復(fù)導(dǎo)線絕緣時(shí)在屏線引出處將換位導(dǎo)線分成上下兩個(gè)部分，分別包導(dǎo)線絕緣至原絕緣厚度，屏線單獨(dú)包絕緣至要求值，屏線引出位置兩側(cè)可統(tǒng)包絕緣至要求值。

對(duì)于屏蔽段數(shù)較少、不超過(guò)10段的產(chǎn)品，可以考慮在導(dǎo)線內(nèi)部走屏線，將各段屏線的引出位置集中在2～3根撐條之間，選在絕緣安全裕度較大的位置，有利于提高產(chǎn)品的電氣性能，且設(shè)計(jì)工藝更為簡(jiǎn)單方便。但段數(shù)較多時(shí)，此種工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于在導(dǎo)線內(nèi)部走屏線的結(jié)構(gòu)，屏線需單根對(duì)焊，由于屏線很?。?.8 mm），因此焊接難度較大，操作時(shí)需嚴(yán)格控制。

4 結(jié)語(yǔ)

采用自屏蔽換位導(dǎo)線繞制的內(nèi)屏連續(xù)式線圈與糾結(jié)式線圈相比，其工藝簡(jiǎn)單、可靠性高。此外，采用自屏蔽換位導(dǎo)線繞制的內(nèi)屏連續(xù)式線圈適用范圍廣，不受容量和電壓等級(jí)的限制，不僅適用于220 kV和500 kV的變壓器產(chǎn)品，還適用于750 kV和1 000 kV的變壓器產(chǎn)品。該工藝對(duì)于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本也有著重大意義。

收稿日期：2020-12-17

作者簡(jiǎn)介：楊穎（1984—），女，山東人，工程師，主要從事變壓器產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。