一種采用自屏蔽換位導線的變壓器線圈結構設計

楊穎 李靜

摘要：介紹了自屏蔽換位導線在變壓器線圈結構上的應用，對其技術優勢、結構特點以及關鍵技術點進行了較為詳細的闡述與分析。

關鍵詞：變壓器;線圈;自屏蔽換位導線

0 引言

隨著電力變壓器產品的不斷優化，為了在行業內更具競爭力，我公司采用了一種自屏蔽換位導線實現等安匝設計的線圈自平衡方式。等安匝設計可以明顯改善漏磁對產品的影響，大幅降低產品的結構損耗系數，提高線圈的機械強度。優化后的變壓器線圈結構可以減小產品尺寸，減輕產品重量，降低產品成本。

1 與內屏、糾結連續式線圈的技術差異

內屏連續式線圈因其結構簡單、性能穩定可靠而得到了廣泛應用。目前行業內采用內屏連續式線圈作為交流220 kV和500 kV高壓線圈的主要形式，但內屏連續式線圈的占空率較低，導致屏蔽段電密非常高，而正常段電密又無法進一步提高，這一方面使得繞組的熱點溫升與繞組的平均溫升差別較大;另一方面也導致產品損耗過大，成本增大。此外，內屏連續式線圈的縱絕緣分布梯度較大，因此線圈屏蔽段需通過放大線圈油道來調節縱絕緣分布。

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

為了突破這一設計瓶頸，我公司采用自屏蔽換位導線，改善了線圈的縱絕緣分布，無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，改善了繞組的熱點溫升;減小了工作線的匝絕緣厚度及產品尺寸，減輕了產品重量;使線圈更好地實現自平衡，提高了產品性能。采用自屏蔽換位導線繞制的內屏式線圈與糾結式線圈相比，其工藝簡單、可靠性高。

2 自屏蔽換位導線的種類

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

本文對采用自屏蔽換位導線繞制不同屏蔽方式的線段進行了介紹，其結構為跨兩段屏蔽、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線內部走屏線兩種方式。

2.1? ? 跨兩段屏蔽

跨兩段屏蔽是在兩段線餅內完成一次內屏，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渡屏線焊接，如圖4所示。

屏線沿線圈表面經過時需給出額外的過渡屏線，過渡屏線的寬度不得超過工作線的寬度，若屏線的寬度超過工作線的寬度，則會導致線圈加壓時屏線受力。過渡屏線與原屏線搭焊時，與每根原屏線的搭焊寬度不小于原屏線的一半。當工作線較寬（幅向尺寸較大），埋在工作線內的屏線根數較多時，此屏線焊接的方式較難處理。通過結構改進，采用了在線段內部走屏線的方式，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行單根對焊。在導線內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完成一次內屏，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

內屏式線圈的屏線在一次屏蔽內需將兩個斷頭焊接在一起，為了不形成封閉的短路環，在一個屏蔽單元內需將屏線斷開形成中斷點，中斷點的位置需通過波過程的計算得到。屏線中斷點端頭需倒圓、磨平后加屏蔽套，屏蔽后將屏線復位重新加包導線絕緣至原絕緣厚度。屏線中斷點處理示意圖如圖7所示。

3 幾種屏蔽方式的關鍵技術點

3.1? ? 跨兩段屏蔽

跨兩段屏蔽的內屏式線圈屏線的匝絕緣厚度經波過程計算得出，220 kV產品屏線匝絕緣厚度為1 mm，比傳統內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。

跨兩段屏蔽的一個屏蔽單元由兩餅線圈組成，需一個屏線中斷點和兩個屏線出頭，兩個屏線出頭均在線圈外徑側，破壞導線絕緣的次數較少。

對于沿線圈表面走屏線的情況，增加額外屏線分別和兩個屏線引出焊接即可，可以保證線圈表面屏線焊接緊實。對于在導線內走屏線的情況，只需計算好屏線出頭位置，對兩段屏線進行一次單根對焊，無須給出額外的屏線。屏線不從油道中爬出，無須放大餅間油道，同時減少了屏線的彎折次數，提高了產品可靠性。

3.2? ? 跨四段屏蔽

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

跨四段屏蔽的一個屏蔽單元為四餅線圈，屏線出頭的處理數量更少，但是在波過程計算中存在較大困難。

綜上所述，自屏蔽換位導線繞制的內屏連續式線圈，對改善傳統內屏式線圈占空率低、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，工藝性和穩定性都更高。

3.3? ? 屏線引出位置的處理

屏線需從一個換位節距中引出，由于換位導線的換位節距較小，當屏線較寬或根數較多時，屏線引出較為困難，且恢復絕緣時容易導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距，即在屏線引出位置前后共200 mm內無換位（導線廠家可以實現此要求），因此在導線采購時需精確計算每次屏線引出的位置，并在圖紙中明確指出。

恢復導線絕緣時在屏線引出處將換位導線分成上下兩個部分，分別包導線絕緣至原絕緣厚度，屏線單獨包絕緣至要求值，屏線引出位置兩側可統包絕緣至要求值。

對于屏蔽段數較少、不超過10段的產品，可以考慮在導線內部走屏線，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，有利于提高產品的電氣性能，且設計工藝更為簡單方便。但段數較多時，此種工藝無法實現。對于在導線內部走屏線的結構，屏線需單根對焊，由于屏線很薄（0.8 mm），因此焊接難度較大，操作時需嚴格控制。

4 結語

采用自屏蔽換位導線繞制的內屏連續式線圈與糾結式線圈相比，其工藝簡單、可靠性高。此外，采用自屏蔽換位導線繞制的內屏連續式線圈適用范圍廣，不受容量和電壓等級的限制，不僅適用于220 kV和500 kV的變壓器產品，還適用于750 kV和1 000 kV的變壓器產品。該工藝對于提高產品質量、降低產品成本也有著重大意義。

收稿日期：2020-12-17

作者簡介：楊穎（1984—），女，山東人，工程師，主要從事變壓器產品的設計和開發工作。