CN106504866B - 非晶合金变压器绕组结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非晶合金变压器绕组结构，绕组线圈中从内至外依次包括第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈，且第二低压线圈与第一低压线圈中的电路电压与电流大小均相同。本发明通过改变传统的低压线圈在内且高压线圈在外的结构，将两个低压线圈依次设置在高压线圈两侧，通过力的相互作用大大减弱了短路带来的短路机械力，能将短路机械力降低到原有的10％左右，提高了非晶合金变压器的抗短路能力。

Description

非晶合金变压器绕组结构

技术领域

本发明涉及变压器领域。更具体地说，本发明涉及一种非晶合金变压器绕组结构。

背景技术

近年来，从国家电网公司近年来公布的变压器事故情况分析，抗短路能力不够已成为非晶合金变压器事故的重要原因。

非晶合金变压器绕组是矩形结构，所受电动力远不如普通变压器圆形绕组均匀，承受突发短路电动力时更容易变形。非晶合金变压器器身采用轴向承重结构，矩形绕组通过上下夹件及压板压紧，低压层式线圈多采用箔式结构，轴向漏磁产生的轴向电磁力很小。矩形绕组中电流在其周围产生漏磁场，分为轴向分量和幅向分量，轴向漏磁场与矩形绕组中的电流相互作用产生辐向力，沿矩形绕组径向的幅向力，内绕组受压力，外绕组受拉力作用，使内线圈往里凹，外线圈往外胀，使得因突发短路而烧毁的非晶合金变压器长轴方向的径向变形最为严重。目前有研究在变压器内部通过设置内支撑来承受在短路时内缩力造成的线圈变形，但支撑结构较复杂且不易加工，成本和工时较高，不容易通过短路试验，因此，考虑通过改变内部绕组结构提高非晶合金变压器的抗短路能力。

发明内容

本发明的一个目的是解决上述问题，并提供后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种非晶合金变压器绕组结构，通过改变传统的低压线圈在内且高压线圈在外的结构，将两个低压线圈依次设置在高压线圈两侧，通过力的相互作用大大减弱了短路带来的短路机械力，能将短路机械力降低到原有的10％左右，提高了非晶合金变压器的抗短路能力。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种非晶合金变压器绕组结构，绕组线圈中从内至外依次包括第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈，且所述第二低压线圈与所述第一低压线圈中的电路电压与电流大小均相同。

优选的是，所述高压线圈中抽头结构设于高压线圈的中间，高压线圈中第四抽头设置为引出a组第四抽头和b组第四抽头两个抽头，第五抽头设置为引出a组第五抽头和b组第五抽头两个抽头，第七抽头设置为引出a组第七抽头和b组第七抽头两个抽头；

抽头结构为包括从紧邻中间层的一侧的一层结构引出的第六抽头、a组第四抽头、a组第五抽头以及a组第七抽头，从中间层引出的第三抽头、b组第五抽头、b组第四抽头和第二抽头，以及从紧邻中间层的另一侧的二层结构引出的b组第七抽头；

高压线圈中轴向上通过中间的绝缘结构分隔，第六抽头与a组第四抽头位于绝缘结构的一侧，a组第五抽头与a组第七抽头位于绝缘结构的另一侧，b组第四抽头和第二抽头位于一侧，且第三抽头和b组第五抽头位于绝缘结构的另一侧，其中，第五抽头与第四抽头通过分接开关连接。

优选的是，高压线圈包括5个分接，第一分接为连接第二抽头和第三抽头，第二分接为连接第三抽头和第四抽头，第三分接为连接第四抽头和第五抽头，第四分接为连接第五抽头和第六抽头，第五分接为连接第六抽头和第七抽头，且第一分接为匝数接入最多的最大分接，第五分接为匝数接入最少的最小分接，第三分接为额定分接。

优选的是，第一分接至第五分接中，按每一分接的分接电压除以额定电压所得的百分数依次为105％、102.5％、100％、97.5％以及95％。

优选的是，所述高压线圈、所述第一低压线圈以及所述第二低压线圈的绕向相同且均为左绕向。

优选的是，所述高压线圈的外围设有两层全胶纸，两层全胶纸之间用环氧粘带粘接。

优选的是，绕组线圈中每个抽头由绝缘电磁线同向绕制并通过真空浇注包裹在玻璃纤维增强环氧树脂内。

优选的是，还包括呈环状矩形的铁心，所述铁心包括铁基非晶带材制成的内层和硅钢片制成的外层，其中，所述铁基非晶带材的厚度为0.03mm，所述硅钢片的厚度为0.3mm，所述铁基非晶带材的内表面和所述硅钢片的外表面均涂覆有树脂层，所述铁心的两侧设有一对固定件，一对固定件关于所述铁心的中心对称设置，所述固定件包括矩形的长条部和分别垂直于所述长条部的两端的两个端部，且两个端部分别连接所述铁基非晶带材与所述硅钢片。

优选的是，所述树脂层为质量比为1:1:2:8的芳香聚酰胺、聚苯并恶嗪、环氧树脂以及聚酯树脂制备的混合树脂。

本发明还提供了一种非晶合金变压器绕组结构的制作方法，包括以下步骤：

S1、使用非晶合金带材制作环状矩形的铁心，并在铁心的上平面和下平面上除拼接口处外涂覆绝缘胶；

S2、在绝缘骨架上采用箔绕依次绕制包括第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈的绕组线圈，其中，低压线圈的出线端均设有隔离纸板，高压线圈与低压线圈间设置有褶皱纸带，绕组线圈的绕制高度与绝缘骨架的高度一致，然后用无纬带压紧并绑扎线圈；

S3、在绕组线圈的表面绑上铁轭垫块，在铁轭垫块贴紧绕组线圈的一侧的相反一侧表面设置绝缘层，将四个设有散热条的铁心与三个绕组线圈互相套装在一起，然后采用夹件将套装好的铁心和绕组线圈夹紧并用螺杆拉紧固定；

S4、将绕组线圈放置于油箱中，其中，油箱的上盖的下底面设有下凹的弧形结构的减震片，将所述上盖盖上封箱并抽真空及注入变压器油。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明的非晶合金变压器绕组结构，相对传统的低压线圈在内且高压线圈在外的绕组结构，由于短路时电流很大，传统的变压器中承受短路电动力时高压线圈受到径向向外，低压线圈受到径向向内的排斥力从而产生变形。通过将两个电路电压与电流大小均相同的低压线圈依次设置在高压线圈两侧，两个相同的低压线圈产生强磁场，高压线圈受到两侧的磁场产生的相反方向的短路机械力基本相互抵消，从而从源头上大大减弱短路机械力，能将短路机械力降低到原有的10％左右，提高了线圈的抗短路能力。通过此种绕组结构增强了非晶合金变压器的可靠性和安全性，且结构简单实用，成本不高。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的非晶合金变压器绕组结构的绕组线圈的结构示意图；

图2为本发明的非晶合金变压器绕组结构的结构示意图；

图3为本发明的非晶合金变压器的高压线圈的分接抽头结构。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1～2所示，本发明提供了一种非晶合金变压器绕组结构，包括：

绕组线圈中从内至外依次包括第一低压线圈1、高压线圈2以及第二低压线圈3，且所述第二低压线圈3与所述第一低压线圈1中的电路电压与电流大小均相同。

电路电压与电流大小均相同的第二低压线圈3与第一低压线圈1在高压线圈2两侧依次设置，高压线圈2所受到两侧的磁场产生的相反方向的短路机械力基本相互抵消，从而从源头上消除了短路机械力，能将短路机械力降低到原有的10％左右，提高了线圈的抗短路能力。

在另一种技术方案中，如图3所示，提供了一种非晶合金变压器的高压线圈的分接抽头结构，所述高压线圈中抽头结构设于高压线圈的中间，高压线圈中第四抽头设置为引出a组第四抽头X4和b组第四抽头X4’两个抽头，第五抽头设置为引出a组第五抽头X5和b组第五抽头X5’两个抽头，第七抽头设置为引出a组第七抽头X7和b组第七抽头两个抽头X7’；

抽头结构为包括从紧邻中间层的一侧的一层结构引出的第六抽头X6、a组第四抽头X4、a组第五抽头X5以及a组第七抽头X7，从中间层引出的第三抽头X3、b组第五抽头X5’、b组第四抽头X4’和第二抽头X2，以及从紧邻中间层的另一侧的二层结构引出的b组第七抽头X7’；

高压线圈中轴向上通过中间的绝缘结构分隔，第六抽头X6与a组第四抽头X4位于绝缘结构的一侧，a组第五抽头X5与a组第七抽头X7位于绝缘结构的另一侧，b组第四抽头X4’和第二抽头X2位于一侧，且第三抽头X3和b组第五抽头X5’位于绝缘结构的另一侧，其中，第五抽头与第四抽头通过分接开关连接。

高压线圈中抽头结构位于高压线圈的中间，引出的分接引线和分接开关容易操作连接，出现问题也方便解决。通过在第四抽头、第五抽头和第七抽头处各引出两个等电位的抽头，结合在轴向上调整抽头的顺序，使得高压线圈的匝数沿轴向分布更均匀，尤其是处于匝数全部参与工作的最大分接时，保证非晶合金变压器正常运作的情况下，使高压线圈中轴向上的匝数分布更均匀，从而能减小短路时的短路机械力，进一步提高了线圈的抗短路能力，同时增强了高压线圈的寿命和安全性。

在另一种技术方案中，高压线圈包括5个分接，第一分接为连接第二抽头和第三抽头，第二分接为连接第三抽头和第四抽头，第三分接为连接第四抽头和第五抽头，第四分接为连接第五抽头和第六抽头，第五分接为连接第六抽头和第七抽头，且第一分接为匝数接入最多的最大分接，第五分接为匝数接入最少的最小分接，第三分接为额定分接。

例如高压线圈中每相线圈总匝数为1000匝，包括16层线圈，前6层外共有387匝线圈，第7层中即一层结构中线圈匝数为48匝，其中，第六抽头X6与第四抽头X4之间有24匝线圈，第五抽头X5与第七抽头X7之间有24匝线圈，第8层即二层结构中中线圈匝数为47匝，第三抽头X3与第五抽头X5之间有23匝线圈，第四抽头X4与第二抽头X2之间有24匝线圈，后8层中线圈匝数为518匝，通过在第四抽头、第五抽头和第七抽头处各引出两个等电位的抽头，并在轴向上调整抽头的顺序。

接入第一分接时，此时为匝数全部接入的最大分接，沿轴方向匝数分布均匀，从而减小了可能由短路带来的短路机械力，提高了线圈的抗短路能力，增强了配电变压器的可靠性和安全性，且结构简单实用。

接入第三分接时，在绝缘结构的一侧即上部接入24匝，在绝缘结构的另一侧即下部接入23匝，沿轴方向匝数分布较均匀，此时为额定分接。

接入第五分接时，第7层与第8层的匝数均不参与工作，此时为匝数接入最少的最小分接。

在另一种技术方案中，第一分接至第五分接中，按每一分接的分接电压除以额定电压所得的百分数依次为105％、102.5％、100％、97.5％以及95％。

例如高压额定电压为10kV，高压相电流为6.67A，对应接入第一分接时的电压为10.5kV，接入第二分接时的电压为10.25kV，接入第三分接时的电压为10.0kV，接入第四分接时的电压为9.75kV，接入第五分接时的电压为9.5kV，对应的高压线圈中每相线圈总匝数为1000匝，低压线圈的每相总匝数为22匝，低压额定电压为400V，低压相电流为288.7A，高压线圈与低压线圈的额定容量均为200kVA，可根据需要选择合适的档位从而调整输出电压。

在另一种技术方案中，所述高压线圈、所述第一低压线圈以及所述第二低压线圈的绕向相同且均为左绕向。同向绕制使线圈抗干扰能力更强，使用更加稳定，左绕更方便生产加工。

在另一种技术方案中，所述高压线圈的外围设有两层全胶纸，两层全胶纸之间用环氧粘带粘接。此种绝缘结构成本低且效果好。

在另一种技术方案中，绕组线圈中每个抽头由绝缘电磁线同向绕制并通过真空浇注包裹在玻璃纤维增强环氧树脂内。玻璃纤维增强环氧树脂比普通环氧树脂绝缘性能更佳，且强度更好，使用寿命更长久。

在另一种技术方案中，还包括呈环状矩形的铁心，所述铁心包括铁基非晶带材制成的内层和硅钢片制成的外层，其中，所述铁基非晶带材的厚度为0.03mm，所述硅钢片的厚度为0.3mm，所述铁基非晶带材的内表面和所述硅钢片的外表面均涂覆有树脂层，所述铁心的两侧设有一对固定件，一对固定件关于所述铁心的中心对称设置，所述固定件包括矩形的长条部和分别垂直于所述长条部的两端的两个端部，且两个端部分别连接所述铁基非晶带材与所述硅钢片。

铁心采用铁基非晶带材和硅钢片两种材料，不仅空载损耗小，而且增强了铁心的强度，保护了内层的非晶材料，防止其损坏，而0.3mm厚度的硅钢片重量相对不大更方便加工，涂覆的树脂层起到保护铁基非晶带材和硅钢片的作用，延长铁心的使用寿命，树脂层可根据需要选择硬胶或软胶材质的环氧树脂，仅在非晶带材的内表面和硅钢片的外表面涂覆树脂层节约了树脂的使用量。

固定件包括矩形的长条部和两个端部，两个端部分别连接铁基非晶带材与硅钢片，使两种材料更好的共同发挥作用，固定件上可根据需要开孔方便散热，一对固定件关于铁心的中心对称设置，防止其内层的铁基非晶带材移动碰撞。

在另一种技术方案中，所述树脂层为质量比为1:1:2:8的芳香聚酰胺、聚苯并恶嗪、环氧树脂以及聚酯树脂制备的混合树脂。此种混合树脂制成的绝缘树脂层相比普通的环氧树脂层，其绝缘、耐腐蚀性、防污秽以及耐热性能更佳，使用更持久。

为了说明本发明的效果，发明人将按照上述配方制备的混合树脂作为树脂层得到的铁心作为1组，将按照相同方法由普通环氧树脂作为树脂层得到的铁心作为2组，由普通聚酯树脂作为树脂层得到的铁心作为3组，将仅采用质量比为2:8的环氧树脂和聚酯树脂作为树脂层得到的铁心作为4组，将采用质量比为1:2:8的聚苯并恶嗪、环氧树脂和聚酯树脂作为树脂层得到的铁心作为5组，对1～5组在树脂层的厚度等其他条件均相同的情况下下进行性能测试后，得到结果见表1：

表1使用不同树脂层的铁心的性能测试结果

由表1中可以看出，1组中混合树脂作为绝缘的树脂层得到的铁心相比普通的环氧树脂作为树脂层的2组，其绝缘、粘合性、耐腐蚀性以及耐热性能更佳，且1组相比2～4组也可看出，由于选用质量比为1:1:2:8的芳香聚酰胺、聚苯并恶嗪、环氧树脂以及聚酯树脂作为复配的配方使混合树脂综合性能更佳、使树脂层的使用更持久。

本发明提供的非晶合金变压器绕组结构的制作方法包括以下步骤：

S1、使用非晶合金带材制作环状矩形的铁心，并在铁心的上平面和下平面上除拼接口处外涂覆绝缘胶。

S2、在绝缘骨架上采用箔绕依次绕制包括第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈的绕组线圈，其中，低压线圈的出线端均设有隔离纸板，高压线圈与低压线圈间设置有褶皱纸带，绕组线圈的绕制高度与绝缘骨架的高度一致，然后用无纬带压紧并绑扎线圈。可采用环氧玻璃钢材料加热浇注成型，冷却后形成一体的绝缘骨架。箔绕绕制时将铜箔按规定匝数在绝缘骨架上依次绕制第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈，绕组线圈的四个角处采用宽度为10mm的无纬带绑扎；在绕组线圈的外侧两个相对较窄的表面上分别放置撑条，然后用1mm厚的无纬带压紧撑条，对绕组线圈定形，在150℃的环境中烘烤6小时，使绕组线圈烘干成型。

S3、采用四个铁心，在绕组线圈的表面绑上铁轭垫块，在铁轭垫块贴紧绕组线圈的一侧的相反一侧表面设置绝缘层，将四个设有散热条的铁心与三个绕组线圈互相套装在一起，然后采用夹件将套装好的铁心和绕组线圈夹紧并用螺杆拉紧固定。将A相绕组线圈、B相绕组线圈和C相绕组线圈设置在一起，用白布带绑扎好，并在绕组线圈的底部和顶部上分别设置有铁轭垫块，打开铁心拼接口，将4个铁心与A相绕组线圈、B相绕组线圈和C相绕组线圈分别套装好，然后将铁心拼接口处闭合好，套装好后在外周，分别用夹件夹紧固定，夹件之间均通过螺杆拉紧固定。其中，铁心之间设有用于波纹散热条，低压线圈和高压线圈之间也可设置散热条。

S4、将绕组线圈放置于油箱中，其中，油箱的上盖的下底面设有下凹的弧形结构的减震片，将所述上盖盖上封箱并抽真空及注入变压器油。下凹的弧形结构的减震片缩短了与绕组线圈的距离，能更好减小内部的震动，保护非晶合金铁心防止其移动碰撞。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，绕组线圈中从内至外依次包括第一低压线圈、高压线圈以及第二低压线圈，且所述第二低压线圈与所述第一低压线圈中的电路电压与电流大小均相同；

所述高压线圈中抽头结构设于高压线圈的中间，高压线圈中第四抽头设置为引出a组第四抽头和b组第四抽头两个抽头，第五抽头设置为引出a组第五抽头和b组第五抽头两个抽头，第七抽头设置为引出a组第七抽头和b组第七抽头两个抽头；

抽头结构为包括从紧邻中间层的一侧的一层结构引出的第六抽头、a组第四抽头、a组第五抽头以及a组第七抽头，从中间层引出的第三抽头、b组第五抽头、b组第四抽头和第二抽头，以及从紧邻中间层的另一侧的二层结构引出的b组第七抽头；

高压线圈中轴向上通过中间的绝缘结构分隔，第六抽头与a组第四抽头位于绝缘结构的一侧，a组第五抽头与a组第七抽头位于绝缘结构的另一侧，b组第四抽头和第二抽头位于一侧，且第三抽头和b组第五抽头位于绝缘结构的另一侧，其中，第五抽头与第四抽头通过分接开关连接；

所述高压线圈、所述第一低压线圈以及所述第二低压线圈的绕向相同且均为左绕向。

2.如权利要求1所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，高压线圈包括5个分接，第一分接为连接第二抽头和第三抽头，第二分接为连接第三抽头和第四抽头，第三分接为连接第四抽头和第五抽头，第四分接为连接第五抽头和第六抽头，第五分接为连接第六抽头和第七抽头，且第一分接为匝数接入最多的最大分接，第五分接为匝数接入最少的最小分接，第三分接为额定分接。

3.如权利要求2所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，第一分接至第五分接中，按每一分接的分接电压除以额定电压所得的百分数依次为105％、102.5％、100％、97.5％以及95％。

4.如权利要求1所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，所述高压线圈的外围设有两层全胶纸，两层全胶纸之间用环氧粘带粘接。

5.如权利要求1所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，绕组线圈中每个抽头由绝缘电磁线同向绕制并通过真空浇注包裹在玻璃纤维增强环氧树脂内。

6.如权利要求1所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，还包括呈环状矩形的铁心，所述铁心包括铁基非晶带材制成的内层和硅钢片制成的外层，其中，所述铁基非晶带材的厚度为0.03mm，所述硅钢片的厚度为0.3mm，所述铁基非晶带材的内表面和所述硅钢片的外表面均涂覆有树脂层，所述铁心的两侧设有一对固定件，一对固定件关于所述铁心的中心对称设置，所述固定件包括矩形的长条部和分别垂直于所述长条部的两端的两个端部，且两个端部分别连接所述铁基非晶带材与所述硅钢片。

7.如权利要求6所述的非晶合金变压器绕组结构，其特征在于，所述树脂层为质量比为1:1:2:8的芳香聚酰胺、聚苯并恶嗪、环氧树脂以及聚酯树脂制备的混合树脂。