CN104777406B - 油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈及绕制方法：线圈规格参数、绝缘纸种类与变压器相同，分为上、下两饼，每饼用甲乙两根纸包线并绕，两饼连接部分的两个第一纠结位置包绕至少六层绝缘纸，两个第一纠结位置位于线圈内圈且间距为内圈导线的半个周长；每根纸包线首尾两端连接在一起并分别作为高、低压引出线；纸包线四个出线端合围成一个椭圆形，长轴两端分别是线圈高、低压引出线，短轴与两根纸包线两个第一纠结位置构成的直线相重合、与线圈的外圆直径长度相等；每个出线端的切点到端点的纸包线外加包至少六层皱纹纸加强绝缘。本发明可有效模拟大型变压器工况下匝间油纸复合绝缘系统击穿特性及电、热老化的发展过程，且制作简单。

Description

油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈。本发明还涉及所述模型线圈的制作方法。

背景技术

大型油浸式电力变压器作为电网的核心设备，其运行状况决定着电网的运行可靠性，其投资也占据着电网建设、运维开销的最大比重。目前，受世界经济状况的影响，国内经济发展放缓，过度投资造成的资源浪费问题日益突出，基于全生命周期管理的延长电力变压器寿命的关键技术研究迫在眉睫。国内电力变压器的使用寿命往往不足或接近30年，就对电力变压器进行了更换等重新投资。考虑电网运行的平均负荷及工况，某些被更换掉的变压器依然具有一定的使用寿命，这无疑是较大的资源浪费。经验表明，变压器的寿命取决于其绝缘寿命，如果能够合理准确的评估出变压器的绝缘状态，实行弹性寿命，延长某些电力变压器的生命周期不失为一种较好的手段。

研究变压器油纸绝缘的老化特性及机理，建立绝缘老化模型线圈，对于识别变压器的绝缘老化程度，预测设备寿命，减少电网事故，提高变压器的运行可靠性，具有重要的学术和生产应用价值。油浸式电力变压器采用油纸复合绝缘，其中变压器油为可恢复性绝缘，复合绝缘的老化程度取决于绝缘纸。由于不同部位的绝缘结构(电场分布)、运行温度、材料(纸板、电缆纸、皱纹纸、成型件)存在差异，所以各部位电、热老化的发展过程不同。为了更准确的评估变压器的绝缘状态，应当分别研究变压器内各典型绝缘电、热老化的发展过程，纵绝缘(匝间绝缘、饼间绝缘等)为变压器内一种比较典型的绝缘结构。

对实际的变压器线圈进行试验存在着诸多困难，应以实际线圈的模型线圈为研究对象。当前，关于电机匝间绝缘击穿、老化等试验开展的较多，但是关于变压器匝间绝缘的相关研究成果较少。电机匝间绝缘的线圈模型线圈多为按照标准IEC60034-18-42规定方法制作的pig-tail模型线圈，该模型线圈结构与实际的电机线圈结构类似，但与实际的变压器线圈存在着较大的差异。所以找到一种变压器匝间绝缘试验模型线圈的制作方法，并做成相应的模型线圈，对于变压器匝间绝缘各种试验的开展是十分必要的。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提出一种油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提出所述油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈的制作方法。

采用本发明制作方法制出的模型线圈，与实际变压器线圈结构较接近，可以有效模拟大型变压器工况下匝间油纸复合绝缘系统击穿特性及电、热老化的发展过程，且制作简单。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈，其特征是：所述模型线圈的规格参数、绝缘纸种类与变压器线圈相同并分为上、下两饼线圈，每饼线圈用甲乙两根纸包线并绕，上、下两饼线圈的两个第一纠结位置(即每根纸包线从上饼到下饼的过度位置)包绕至少六层绝缘纸，两个第一纠结位置的连线即为模型线圈内圈的某一直径；每根纸包线的首尾两端连接在接在一起并分别作为高、低压引出线；两根纸包线的四个出线端合围成一个椭圆形，椭圆长轴的两端分别是线圈高、低压引出线，椭圆的短轴与两根纸包线两个第一纠结位置所构成的直线相重合、长度与线圈的外圆直径相等；每个出线端的切点到端点这段纸包线加包六层皱纹纸加强绝缘。

所述的每个出线端的切点到端点的纸包线外加包至少六层皱纹纸加强绝缘。

所述模型线圈的第一饼线圈绕制方向为由内向外顺时针、第二饼线圈绕制方向为由内向外逆时针，纠结位置位于内圈，但两根线的纠结位置相差180度；两饼间设有支撑垫块4，并用白布带3绑紧；纸包线甲的两端向下做成直角弯，纸包线乙的两端向上做成直角弯。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种如上述油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈的制作方法，其特征是包括以下步骤：

S1，根据所要研究变压器线圈铜线的规格参数、绝缘纸种类选定制作模型线圈所需的铜线、绝缘纸，使用机器加工成与线圈相同的纸包线；

S2，参见图1，采用与实际变压器线圈相同的普通双饼纠结连续式绕制工艺，区别是采用双纠结工艺，每根线圈首尾相连，

依据所设计模型线圈的半径及线圈匝数计算出纸包线的总长度，采用两根纸包线并绕；

在两饼线圈的过度部分(即接近于总长度的中心位置)为第一纠结位置，纠结位置采用包绕6层绝缘纸的方式加强其绝缘；两根线的第一纠结位置不同，其间距为模型线圈内圈导线的直径(即两个纠结位置都在模型线圈的内圆周上且相差180度)；

完成规定的绕制匝数后，将每根纸包线的首尾两端连接在接在一起(即第二纠结位置)，并分别作为高、低压引出线的位置，如模型线圈的结构示意图图2；

在试验的过程中，为尽量减小高、低压引线对线圈匝间电场分布的影响，两根纸包线的4个出线端合围成一个椭圆形；

椭圆长轴的两端分别是线圈高、低压引出线，椭圆的短轴与两根纸包线两个第一纠结位置所构成的直线相重合、长度与线圈的外圆直径长度相等，即椭圆与线圈的外圆在椭圆短轴的两个端点位置相切；

在切点附近构成了楔形油隙，相对于模型线圈的匝间绝缘结构为容易出线放电的薄弱点，为加强其绝缘将每个出线端的切点到端点这段纸包线加包6层皱纹纸加强绝缘，如附图3中浅白部分5；

S3，为保证试验结果的真实性和有效性，应对模型线圈进行处理

S3-1，将模型线圈放入真空干燥罐加热到100度保持4小时；

S3-2，抽真空到小于100帕，保持16小时；

S3-3，检测试样含水量，未达标重复本步骤，达标进入下一步骤；

S4，停止加热，真空注油；

S5，加热到90度，抽真空；

S6，保持2小时后停止；

S7，常温静止24小时；

S8，密闭封存。

理论上讲，模型线圈的绝缘处理工艺应该按照所要研究的电力变压器线圈处理过程进行，考虑到模型线圈与实际的电力变压器间体积上的巨大差异，且绝缘处理的目的是将线圈绝缘中的水分限制在一个合理的水平，决定以线圈绝缘中的含水量作为特征量；只要试样绝缘中的含水量达到了实际变压器线圈绝缘中的含水量，试样的绝缘处理就达到了要求，处理流程如图4。

本发明的有益效果是：按照本方法制作的模型线圈，与实际的变压器线圈结构相近，以其为试样所得的试验结果较为真实；在模型线圈的高、低压引出线间施加试验电压后，线圈中几乎没有电流，所需电源容量很小；模型线圈为双饼结构，且在同一竖直位置为不同的纸包线，构成了饼间(段间)绝缘，即该线圈既可以用于研究变压器线圈的匝间绝缘，也可以用于研究变压器线圈的饼间(段间)绝缘。

附图说明

图1为模型线圈的绕法示意图，图中不带撇的线圈为同一根纸包线，带撇的线圈为另一根纸包线；

图2为模型线圈的结构示意图；

图3a为500kV变压器模型线圈的结构俯视示意图；

图3b为500kV变压器模型线圈的结构主视示意图；

图4模型线圈处理流程图。

图中：1-纸包线甲；2-纸包线乙；3-绑扎用白布带；4-支撑两饼线圈用的纸板垫块；5-加强绝缘后的线圈出线端；6-纸包线甲去掉绝缘后的两端部合并组成的高压出线端；7-纸包线乙去掉绝缘后的两端部合并组成的低压出线端；8-捆绑线圈端部用的8层皱纹纸；9-两根纸包线的第一纠结位置。

具体实施方式

结合具体的500kV电力变压器模型线圈，如图1、2、3所示为本发明的油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈实施例，模型线圈的规格参数、绝缘纸种类与变压器线圈相同，为两根纸包线甲乙并绕的上、下两饼线圈，两饼线圈过度部分的两个第一纠结位置至少包绕六层绝缘纸，两个第一纠结位置位于模型线圈内圈且间距为模型线圈内圈直径；每根纸包线的首尾两端连接在一起并分别作为高、低压引出线；两根纸包线的四个出线端合围成一个椭圆形，椭圆长轴的两端分别是线圈高、低压引出线，椭圆的短轴与两根纸包线两个第一纠结位置所构成的直线相重合、长度与线圈的外圆直径长度相等；每个出线端的切点到端点的纸包线外加包六层皱纹纸加强绝缘。

模型线圈的第一饼线圈绕制方向为由内向外顺时针、第二饼线圈绕制方向为由内向外逆时针，纠结位置位于内圈，但两根线的纠结位置相差180度；两饼间设有支撑垫块4，并用白布带3绑紧；纸包线甲的两端向下做成直角弯，纸包线乙的两端向上做成直角弯。

模型线圈的绕制过程如下：选用与500kV变压器线圈相同的铜线及绝缘纸，加工成两根纸包线，即甲纸包线1和乙纸包线2；其中匾铜线规格为2×10(mm)，对应的标准圆角半径为0.65mm，匝绝缘的厚度为2.45mm。考虑到试验条件及试验结果有效性的要求，模型线圈设计为2×4＝8匝，几何尺寸设定为内直径274mm、外直径346mm。算得纸包线甲1与纸包线乙2的长度为9802mm，考虑裕度后选定其长度为11m。以纸包线的中心点为第一纠结位置9，加工成相应结构，缠绕6层皱纹纸加强绝缘。两根纸包线并绕，首先按顺时针方向由内向外绕制第一饼线圈，纠结位置位于内圈，但两根线的纠结位置相差180度；然后逆时针方向由内向外绕制第二饼线圈。

如此，在线圈平放时，满足两饼线圈中同一竖直位置为不同的纸包线。

绕够设计的匝数后，在两饼间放入支撑垫块4，并用白布带3绑紧。模型线圈外圆与4个出线端5围成椭圆切点处的白布带3绑扎前，在切点至端部的线匝外侧包绕6层皱纹纸加强绝缘。将纸包线甲1的两端向下做成直角弯，将纸包线乙2的两端向上做成直角弯，分别将两组出线端外缠绕多层皱纹纸8。将纸包线甲1的两端绝缘各去掉2cm，接在一起作为低压引出线7；将纸包线乙2的两端绝缘各去掉2cm接在一起作为高压引出线6。

如图4，试验前应对模型线圈进行处理，其中绝缘纸含水量的达标标准为小于等于4‰。

具体为：

将模型线圈放入真空干燥罐加热到100度保持4小时；

抽真空到小于100帕，保持16小时；

检测试样含水量，未达标重复本步骤，达标进入下一步骤；

停止加热，真空注油；

加热到90度，抽真空；

保持2小时后停止；

常温静止24小时；

密闭封存。

Claims (4)

1.一种油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈，其特征是：所述模型线圈的规格参数、绝缘纸种类与变压器线圈相同并分为上、下两饼线圈，每饼线圈用甲、乙两根纸包线（1、2）并绕，上、下两饼线圈的两个第一纠结位置包绕至少六层绝缘纸，两个第一纠结位置的连线即为模型线圈内圈的某一直径；每根纸包线的首尾两端连接在一起并分别作为高、低压引出线；两根纸包线的四个出线端合围成一个椭圆形，椭圆长轴的两端分别是线圈高、低压引出线，椭圆的短轴与两根纸包线两个第一纠结位置所构成的直线相重合、长度与线圈的外圆直径相等；每个出线端的切点到端点这段纸包线加包至少六层皱纹纸加强绝缘。

2.根据权利要求1所述的油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈，其特征是：所述模型线圈的第一饼线圈绕制方向为由内向外顺时针、第二饼线圈绕制方向为由内向外逆时针，纠结位置位于内圈，但两根线的纠结位置相差180度；两饼间设有支撑垫块（4），并用白布带（3）绑紧；纸包线甲的两端向下做成直角弯，纸包线乙的两端向上做成直角弯。

3.根据权利要求2所述的油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈，其特征是：所述的每个出线端（5）的切点到端点的纸包线外加包六层皱纹纸加强绝缘。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的油浸式电力变压器匝间绝缘试验模型线圈的制作方法，其特征是包括以下步骤：

S1，根据所要研究变压器线圈铜线的规格参数、绝缘纸种类选定制作模型线圈所需的铜线、绝缘纸，使用机器加工成与线圈相同的纸包线；

S2，采用与实际变压器线圈相同的普通双饼纠结连续式绕制工艺，区别是采用双纠结工艺，每根线圈首尾相连，具体包括以下子步骤：

S2-1，依据所设计模型线圈的半径及线圈匝数计算出纸包线的总长度，采用两根纸包线并绕；

S2-2，两饼线圈的过度部分为第一纠结位置，纠结位置采用包绕6层绝缘纸的方式加强其绝缘；两根纸包线的第一纠结位置不同，其间距为模型线圈内圈导线的直径；

S2-3，完成规定的绕制匝数后，将每根纸包线的首尾两端连接在一起，并分别作为高、低压引出线的位置；

S2-4，在试验的过程中，为尽量减小高、低压引线对线圈匝间电场分布的影响，两根纸包线的4个出线端合围成一个椭圆形；

S2-5，使椭圆长轴的两端分别是线圈高、低压引出线，椭圆的短轴与两根纸包线两个第一纠结位置所构成的直线相重合、长度与线圈的外圆直径长度相等；

S2-6，将每个出线端的切点到端点这段纸包线加包6层皱纹纸加强绝缘；

S3，对模型线圈进行处理：

S3-1，将模型线圈放入真空干燥罐加热到100度保持4小时；

S3-2，抽真空到小于100帕，保持16小时；

S3-3，检测试样含水量，未达标重复步骤S3，达标进入下一步骤；

S4，停止加热，真空注油；

S5，加热到90度，抽真空；

S6，保持2小时后停止；

S7，常温静止24小时；

S8，密闭封存。