35KV環(huán)氧澆注干式接地變壓器線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

陳漫　陳修計(jì)

摘要：目前，我國是科技發(fā)展的新時(shí)期，文章闡述了35kV環(huán)氧澆注干式接地變壓器線圈的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，包括線圈結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、線圈局部放電的控制方法，提出了一種變壓器內(nèi)線圈首、尾頭引出線的出線方法，提高了接地變壓器整體安全性。

關(guān)鍵詞：35kV;環(huán)氧澆注;干式接地變壓器;線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

引言

隨著城市建設(shè)迅速發(fā)展，用電量的不斷增大，電力電纜數(shù)量明顯增多，此時(shí)電網(wǎng)的電容電流也隨之增大，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，會(huì)產(chǎn)生接地電弧，如果接地電弧不能直接熄滅，那么后續(xù)產(chǎn)生的一系列問題就會(huì)危及到電網(wǎng)安全運(yùn)行。為了抑制這種弧光接地過電壓，就必須改變配網(wǎng)中性點(diǎn)絕緣系統(tǒng)，即在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中人為地制造出一個(gè)中性點(diǎn)，因此需配置接地變壓器。環(huán)氧澆注干式接地變壓器已在35kV 電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，只有保證產(chǎn)品性能才能保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性，線圈是變壓器的重要組成部分，也可以說是變壓器的心臟，所以保障線圈的性能顯得尤為重要。

1新型焊機(jī)控制技術(shù)及發(fā)展

近年來隨著自動(dòng)控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得新一代的焊接設(shè)備功能在不斷強(qiáng)大，如點(diǎn)焊機(jī)器人、多功能高精度微機(jī)自適應(yīng)控制器、逆變技術(shù)和柔性焊接技術(shù)等。新型焊接技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1）焊機(jī)控制數(shù)字化全數(shù)字化的控制技術(shù)成功應(yīng)用于焊接領(lǐng)域，大大提高了焊機(jī)的控制精度及焊機(jī)產(chǎn)品的可靠性。在發(fā)達(dá)國家，數(shù)字焊接控制設(shè)備在焊接自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域己經(jīng)非常成熟，在焊接加工過程中，全數(shù)字化焊接設(shè)備己經(jīng)可以在大規(guī)模和有毒有害操作環(huán)境中使用。2）工業(yè)控制智能化焊接自動(dòng)化系統(tǒng)采用了先進(jìn)的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能控制技術(shù)，使其能夠應(yīng)用于各種復(fù)雜環(huán)境及變化的焊接工況。對(duì)于單臺(tái)設(shè)備焊接質(zhì)量的監(jiān)控方法，以電阻點(diǎn)焊電參數(shù)為例，例如恒電流控制、動(dòng)態(tài)電阻監(jiān)測(cè)等帶有相關(guān)質(zhì)量監(jiān)測(cè)的焊接自適應(yīng)控制器都相繼問世恒流控制方法目前是比較成熟的方法。它將檢測(cè)到的焊接電流與給定的數(shù)值進(jìn)行比較，利用其偏差來調(diào)整開關(guān)管的觸發(fā)延遲角（如晶閘管）或脈沖寬度（MOSFET或工GBT），實(shí)際焊接電流等于給定的值，以達(dá)到恒定電流控制。在恒電流控制中，焊接電流信號(hào)的采集直接影響到精度。最直接的采集方式是利用二次回路的空心線圈傳感器來檢測(cè)焊接電流，經(jīng)積分環(huán)節(jié)，與給定的值相比，利用其偏差值進(jìn)行恒流控制。該方法不僅能反映焊接電流的變化，而且控制精度高，可達(dá)到士2%0動(dòng)態(tài)電阻控制方法是以焊接過程中工件的動(dòng)態(tài)電阻為控制參數(shù)，對(duì)焊接點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行自適應(yīng)控制，也是一種成熟的監(jiān)測(cè)方法。

2線圈設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1線圈局部放電的控制

1）導(dǎo)體和絕緣材料的選擇在選擇導(dǎo)線時(shí)應(yīng)避免毛刺的存在，銅箔要選用優(yōu)質(zhì)的圓角銅箔。一方面當(dāng)對(duì)變壓器繞組外加電壓時(shí)，電場(chǎng)會(huì)集中在導(dǎo)體有毛刺的地方，形成尖端放電。另一方面，導(dǎo)體的尖端有可能刺破絕緣層，也會(huì)導(dǎo)致局部放電。層間絕緣選擇優(yōu)質(zhì)的符合耐熱等級(jí)的材料。2）線圈的絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的絕緣分為主絕緣和縱絕緣兩部分，主絕緣是線圈對(duì)地部分的絕緣，縱絕緣是線圈匝間，層間，段間的絕緣。當(dāng)繞組縱絕緣中某些區(qū)域絕緣設(shè)計(jì)不合理時(shí)，在這個(gè)位置會(huì)因受到過高的電場(chǎng)強(qiáng)度出現(xiàn)放電現(xiàn)象，使固體絕緣加速老化，直至發(fā)生擊穿現(xiàn)象。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，首先要根據(jù)匝間電壓選擇具有合適絕緣膜的導(dǎo)線，絕緣膜一般留有較大裕度，這是因?yàn)樵验g短路不易通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)且匝間絕緣比較分散。然后計(jì)算出層間電壓，選取合適的層間絕緣層數(shù)，層間絕緣層數(shù)留有一定裕度即可，層數(shù)過多會(huì)增大線圈的輻向厚度，影響線圈的散熱。最后計(jì)算出段間電壓，預(yù)留合適的段間絕緣距離。3）線圈的澆注工藝真空澆注對(duì)線圈的整體質(zhì)量水平有很大影響，如果澆注后線圈內(nèi)部存在氣隙或者氣泡，當(dāng)氣隙或氣泡場(chǎng)強(qiáng)升高到一定強(qiáng)度時(shí)就會(huì)引起局部放電。因此澆注線圈要遵循以下幾點(diǎn)：（1）樹脂、固化劑、填料配比嚴(yán)格按照比例調(diào)配，保證脫氣時(shí)間，并記錄必要的數(shù)據(jù)，如粘度、真空度。（2）澆注線圈時(shí)注意溫度和真空度的控制，溫度會(huì)影響樹脂的粘度和脫氣的速度，盡可能使線圈完全浸透樹脂，浸透程度越好，放電可能性越小。

2.2線圈結(jié)構(gòu)對(duì)損耗的影響

線圈結(jié)構(gòu)是影響線圈損耗的重要因素之一。線圈采用三明治結(jié)構(gòu)或交叉換位技術(shù)，使原、副邊線圈藕合更加緊密，不僅能夠有效減小變壓器線圈窗口的漏磁通，而且使得各線圈電流分布比較均勻，線圈渦流損耗也隨之減小。圖1是一個(gè)平面變壓器的三種不同結(jié)構(gòu)，匝比為4：2。原邊線圈為四匝，由四層PCB導(dǎo)體串聯(lián)組成;副邊線圈兩匝，分別由兩層PCB導(dǎo)體先并聯(lián)得到一匝線圈，然后再串聯(lián)起來得到兩匝的副邊線圈。所有PCB導(dǎo)體厚度均為4盎司（0.14mm，寬為Smm，絕緣層厚度為O.15mmo圖2分別為圖1三種結(jié)構(gòu)線圈沿導(dǎo)體厚度方向的電流密度分布。原邊電流幅值1A，電流頻率100kHz。三種結(jié)構(gòu)線圈的損耗比值為：2：1：1。由圖2可知，三種線圈結(jié)構(gòu)中，P-P-P-P-S-S-S-S結(jié)構(gòu)線圈的PCB導(dǎo)體內(nèi)電流密度分布最不均勻，而且各并聯(lián)線圈層電流的分配也最不均勻，從而導(dǎo)致線圈損耗最大;P-P-S-S-S-S-P-P結(jié)構(gòu)和P-P-S-S-P-P-S-S結(jié)構(gòu)線圈導(dǎo)體的電流密度分布相同，且比P-P-P-P-S-S-S-S結(jié)構(gòu)的均勻，各并聯(lián)線圈層電流分配也比較均勻，因而線圈渦流損耗也比較小。線圈結(jié)構(gòu)是通過影響穿過線圈導(dǎo)體層的磁場(chǎng)，從而影響線圈電流的層間分配和層內(nèi)分布，進(jìn)而影響線圈渦流損耗的。

2.3線圈結(jié)構(gòu)對(duì)漏感的影響

漏感對(duì)應(yīng)的線圈窗口磁場(chǎng)能量有兩部分，一部分存儲(chǔ)在線圈導(dǎo)體內(nèi)，另一部分存儲(chǔ)在絕緣層內(nèi)。其中導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)能量與導(dǎo)體內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度He、分布有關(guān)，而He、受頻率影響，頻率越高，由于導(dǎo)體內(nèi)的電流越趨于表面分布，所以該部分磁場(chǎng)能量趨于減小;而另一部分儲(chǔ)存于絕緣層內(nèi)的磁場(chǎng)能量和絕緣層內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度Hi、分布有關(guān)，但其不受頻率影響? （對(duì)于串聯(lián)PCB線圈）。綜上兩部分磁場(chǎng)能量的頻率特點(diǎn)，可見漏感受頻率影響，但是影響程度取決于導(dǎo)體內(nèi)的磁能與絕緣層內(nèi)磁能的比例以及導(dǎo)體內(nèi)磁能隨頻率變化的程度。相比較于線圈交流損耗隨頻率變化的幅度，在大部分設(shè)計(jì)中，由于絕緣層內(nèi)的磁能所占比例較大，且導(dǎo)體內(nèi)磁能隨頻率變化幅度較小，所以總磁場(chǎng)能量隨頻率變化不大。因此為方便起見，可近似認(rèn)為漏感為一常數(shù)，不隨頻率變化而變化。基于這種特性，在采用有限元等方法仿真計(jì)算漏感時(shí)，可近似用靜磁場(chǎng)仿真，相比較于用渦流場(chǎng)，可以節(jié)省大量仿真時(shí)間（也可把上述分析的漏感頻率特性推廣應(yīng)用于單一的電感，即電感量隨頻率變化不大，從而用靜磁場(chǎng)代替渦流場(chǎng)仿真計(jì)算電感）。

2.4內(nèi)線圈引出線的處理

由于35kV接地變壓器內(nèi)線圈的內(nèi)側(cè)靠近貼鐵芯柱，外側(cè)靠近外線圈，所以線圈首、尾頭引出線只能從上、下端部引出，導(dǎo)體引出線根部因間隙絕緣無法加強(qiáng)，當(dāng)產(chǎn)品運(yùn)行或遇到過電壓時(shí)，容易發(fā)生放電或局部放電，使產(chǎn)品存在安全隱患。此時(shí)可以選則一種10kV電纜，其導(dǎo)體截面積要大于線圈導(dǎo)線的截面積，然后將線圈首、尾頭原導(dǎo)線與10kV電纜的一端焊接在一起，電纜的另一端從線圈的端部引出，最后將線圈進(jìn)行整體澆筑，使電纜與線圈形成一個(gè)整體，這樣線圈端部引出線的根部為10kV電纜，消除了安全隱患。

結(jié)語

通過提出幾點(diǎn)線圈的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望能夠從設(shè)計(jì)上提高線圈質(zhì)量，減少缺陷。除了上述幾點(diǎn)外繞線工藝，材料性能，以及線圈固化和拆模工藝也會(huì)對(duì)線圈造成各種影響，要消除這些影響需要從原材料采購和生產(chǎn)制造工藝全過程去控制，只有實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造兩方面共同控制，才能真正的提高線圈質(zhì)量乃至整個(gè)產(chǎn)品的品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)

[1]路長柏.干式電力變壓器理論與計(jì)算[M].遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003.

[2]金朝輝.35kV環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器局放的控制[J].電氣制造，2012（10）：75-76.