CN102044329B

CN102044329B - 轴向分裂变压器用的线圈结构

Info

Publication number: CN102044329B
Application number: CN2010102276304A
Authority: CN
Inventors: 张中; 江建清; 贺平
Original assignee: Jiangsu Sunel Transformer Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Sunel Transformer Co Ltd
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: CN102044329A

Abstract

本发明公开了一种轴向分裂变压器用的线圈结构，所述线圈为多股换位导线并绕且上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈，上部线圈和下部线圈的匝数均为4的整数倍，线圈导体为n股换位导线并绕，线圈撑条的档数M以M＝4L×n档作为标准设置，其中L为正整数，并使M数值与铁心直径大小相适应。本发明能显著提高轴向分裂式变压器的抗短路性能。

Description

轴向分裂变压器用的线圈结构

技术领域

本发明属于变压器领域，涉及一种22万伏及50万伏级轴向分裂有载调压变压器中的低压线圈结构。

技术背景

21世纪以来，在我国的华东、华北、西南、西北等地区，许多新建的电厂为了节省基本建设投资，日渐趋向于采用低压绕组分裂式有载调压变压器作为起动/备用变压器。该种变压器的突出特点是：分裂绕组的两个分支可以独立运行且相互备用，也可以并联运行；而当某一分支发生短路故障时，另一非故障分支的负载仍可在接近90％的电压下维持运行；另外，该种变压器的短路阻抗较高(通常在18％～23％之间)，可有效地限制短路电流。用该种变压器取代两台同电压等级的有载调压变压器，可节约变压器设备成本30～40％；同时，当今各电厂的大型发电机组越来越多地选择600MW及以上的容量，发电机升压变压器的二次侧电压大多已经升级为22万伏或50万伏，因此各电厂对22万伏及50万伏级有载调压分裂变压器的需求日益迫切。但由于电压等级高，技术难点多，国内传统的变压器生产厂家的制造成本仍明显高于日本东芝及ABB等国际知名厂商，市场竞争力相对较弱。

22万伏及50万伏级分裂式有载调压变压器，理论上有两种结构型式——低压绕组轴向分裂式和低压绕组辐向分裂式；低压绕组轴向分裂式变压器的线圈结构排列方式由铁心从里到外为：稳定绕组(倘有)→上下分裂多层并绕圆筒式低压绕组→本体带特殊纠结方式分接抽头的中部进线的高压线圈；低压绕组辐向分裂式变压器的线圈结构类似于普通三圈变压器，其排列方式由铁心从里到外为：稳定绕组(倘有)→低压内侧绕组→高压调压绕组→端部进线高压线圈→低压外侧绕组。两种结构型式从理论上说都是可行的，电气性能却有很大的差异。在同样的半穿越阻抗性能时，两者的分裂阻抗有很大差异，导致分裂系数迥异，前者的分裂系数(即分裂阻抗与穿越阻抗的比值)为3.5左右，而后者的分裂系数为4.5～5.5。辐向分裂式变压器的致命缺陷是在运行特性上，当高压侧处于非额定分接时(尤其是处于极限分接时)，高压绕组-低压内侧绕组的半穿越阻抗与高压绕组-低压外侧绕组的半穿越阻抗有明显的差异，两者在极限分接时相差可逾20％，这意味着在穿越运行时两个低压分支之间的容量分配显著不平衡，其中一个分支将明显过负荷；类似于两台阻抗不匹配的变压器并联运行，这是相当不利的。另外，当采用低压辐向分裂结构时，高压线圈只得采用端部出线结构，由于高压线圈为22万伏或50万伏级，因此绝缘结构将相当复杂，并且高压线圈首端到铁轭将需要较大的绝缘距离而导致铁心等材料用量显著增加而成本大增；因此，在日本等国的22万伏及50万伏分裂式有载调压变压器设计中，是不采用低压绕组辐向分裂结构的。而对于低压绕组轴向分裂式变压器，是不存在上述问题的，且由于辐向上线圈个数及绝缘间隙的减少而具有明显的成本优势；但轴向分裂式变压器在半穿越运行状态(即低压绕组的两个分裂分支中仅有一个分支与高压绕组负荷运行)下的抗短路性能，是其薄弱环节。如何设计新型的低压线圈特殊结构，使之与中部出线的高压线圈上下对称结构相匹配，尽可能降低半穿越运行状态下高、低压线圈之间因安匝不平衡引起的横向漏磁，从而在保持较大成本优势的前提下，显著提高轴向分裂式变压器的抗短路性能，这正是22万伏及50万伏级轴向分裂式有载调压变压器设计中的技术关键点。

发明内容

本发明的目的是要提供一种显著提高轴向分裂式变压器的抗短路性能的轴向分裂变压器用的线圈结构。

本发明的技术方案是：一种轴向分裂变压器用的线圈结构，其改进点在于：所述线圈为多股换位导线并绕且上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈。

上部线圈和下部线圈的匝数均为4的整数倍。

线圈导体为n股换位导线并绕，线圈撑条的档数M以M＝4L×n档作为标准设置，其中L为正整数，并使M数值与铁心直径大小相适应。

将22万伏及50万伏级轴向分裂式有载调压变压器的低压线圈设计为由多股换位导线并绕的上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈结构。最内层线圈和最外层线圈为线圈出头轴向引出层，各层之间由层间“S”弯反向绕制过渡，各层间由油隙撑条构成绝缘并散热；上部线圈与下部线圈之间由层压纸板制成的成型垫块分割。基于这种线圈结构绕制及换位、出头的工艺性，上下分裂四层圆筒式线圈的匝数、撑条档数、上下分裂各线圈各层的卷绕匝数及卷绕方向均应遵循特定的规则。

当本发明作为22万伏及50万伏级轴向分裂式有载调压变压器的低压线圈时，能与中部出线的高压线圈上下对称结构相匹配，并且出线便利，兼具较强的抗短路机械性能。

附图说明

图1为本发明的轴向分裂变压器用的线圈结构的结构示意图；图中“a₁，x₁”与“a₂，x₂”分别表征低压绕组的两个分裂分支的首末端出头；“*”为同名端标志。

图2为本发明中的上下对称分裂配置、四层一体卷绕圆筒式线圈的卷绕方向示意图；(对应于表1)

图3为本发明中的上下对称分裂配置、四层一体卷绕圆筒式线圈最内层展开图；

图4为本发明中的上下对称分裂配置、四层一体卷绕圆筒式线圈次内层展开图；

图5为本发明中的上下对称分裂配置、四层一体卷绕圆筒式线圈次外层展开图；

图6为本发明中的上下对称分裂配置、四层一体卷绕圆筒式线圈最外层展开图。

其中，图3、4、5、6中，为便于通过图形清晰表达，以“6股换位导线并绕，24档撑条，额定匝数28匝，上下分裂配置四层圆筒式”进行示例。上部的并绕换位导线编号依次命名为：a、b、c、d、e、f，下部的并绕换位导线编号依次命名为：1、2、3、4、5、6。

图1、图3～6中：“LV11”指上部分支的最内层线圈；“LV21”指上部分支的次内层线圈；“LV31”指上部分支的次外层线圈；“LV41”指上部分支的最外层线圈；“LV12”指下部分支的最内层线圈；“LV22”指下部分支的次内层线圈；“LV32”指下部分支的次外层线圈；“LV42”指下部分支的最外层线圈。

图3～6中：“P”指上端部的硬纸板端圈，“R”指下端部的硬纸板端圈，当应用在最内层及最外层线圈时，其展开形状为梯形；当应用在次内层及次外层线圈时，其展开形状为类锯齿形；“Q”指上、下部线圈之间的层压纸板制成的、通过撑条卡位的成型垫块。

具体实施方式

以下对照附图，通过具体实施方式的描述，对本发明作出进一步说明。

如图1、2所示，一种轴向分裂变压器用的线圈结构，所述线圈为多股换位导线并绕且上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈。

上部线圈和下部线圈的匝数均为4的整数倍。

22万伏及50万伏级轴向分裂式有载调压变压器，其额定容量当前通常为40～75MVA，低压侧电压一般为6.3千伏或10.5千伏，低压侧接法以星形接法居多，由于低压绕组的相电流可达到数千安培，且匝数少至二三十匝，则轴向分裂式变压器的低压线圈可设计成上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈，并且使用多股自粘性换位导线来绕制。

图1所示即为上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈结构示意图，将多股换位导线沿圆柱面绕制，卷绕方向参照图2指定；最内层线圈绕制在带油隙撑条的硬纸筒上，绕完指定的匝数后由反向“S”弯过渡绕制次内层线圈，两层之间由油隙撑条隔离，如此重复操作，直至完成最外层线圈的绕制。上下对称分裂的低压绕组的两个分支，绕制方法相同，上下部分之间由成型垫块隔开。各层的展开示意图依次见图3～6。

根据相电流的大小，线圈导线可选用n股换位导线并绕，线圈撑条档数M(即垫块档数)应以M＝4L×n档作为标准设置，其中L为正整数；M数值通常应与铁心直径相适应。

根据产品开发经验及制造总结，基于这种线圈结构绕制及换位、出头的工艺性，上下分裂四层圆筒式线圈的匝数、撑条档数、上下分裂各线圈各层的卷绕匝数及卷绕方向均应遵循特定的规则。

设低压线圈的额定匝数为N，撑条档数为M时，上下分裂各线圈各层的卷绕匝数及卷绕方向需遵循表1所示的规则，否则将使线圈绕制及换位、出头的工艺性出现问题。

表1各层的卷绕匝数、卷绕方向规定(四层圆筒式线圈)

表1中的卷绕匝数为上下部出线位置在同一档的情况。当上下部出线不在同一档内时，各层卷绕匝数在上部和下部线圈中应保持相等。对于四层圆筒式线圈，设计时应取低压线圈总匝数N为4的整数倍，以避免增加无谓的设计及制造的复杂性。

具体到各股并绕换位导线的实际卷绕匝数，引出线层(四层圆筒式线圈的最内层、最外层)，各股并绕导线的卷绕匝数依次相差M/n个档距，沿圆周分向均匀分布，平均匝数符合表1规定；非引出线层(四层圆筒式线圈的较内层、较外层)，各股并绕导线的实际卷绕匝数均相同，见表1。为更清楚地说明，对应于图3-6所示的产品实例，表2给出了上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈各层各股并绕导线的实际卷绕匝数示例。

表2上部线圈各股并绕导线的卷绕匝数示例

由上文可知，针对22万伏及50万伏级轴向分裂式有载调压变压器的低压线圈电流很大匝数很少的特点，采用这种多股换位导线并绕的上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈结构，能与中部出线的高压线圈上下对称结构完全匹配，并且所有低压线圈出头均在上下端部很便利地轴向出线，兼具较强的抗短路机械性能和整体经济性。

Claims

1.一种轴向分裂变压器用的低压侧线圈结构，其特征在于：所述线圈为多股换位导线并绕且上下对称分裂配置、四层一体卷绕的圆筒式线圈，分为四层、最内层线圈和最外层线圈为线圈出头轴向引出层，各层之间由层间“S”弯反向绕制过渡，各层间由油隙撑条构成绝缘并散热；上部线圈与下部线圈之间由层压纸板制成的成型垫块分割。

2.根据权利要求1所述的轴向分裂变压器用的线圈结构，其特征在于：上部线圈和下部线圈的匝数均为4的整数倍。

3.根据权利要求1所述的轴向分裂变压器用的线圈结构，其特征在于：线圈导体为n股换位导线并绕，线圈撑条的档数M以M＝4L×n档作为标准设置，其中L为正整数，并使M数值与铁心直径大小相适应。