變壓器線圈工藝改進對運行的影響

夏云永

（國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

當前，我國生產的電力變壓器，基本上只有一種結構形式，即芯式變壓器，繞組也都是采用同心繞組。一般情況下，總是將低壓繞組放在里面靠近鐵芯處，將高壓繞組放在外面。高電壓、大容量變壓器一般采用糾結式繞組，這項繞組技術在近期已經發展比較成熟，但以前相對較落后的工藝給設備的安全穩定運行帶來很多隱患，本文將從一個實例入手著重分析繞組工藝的改進對設備性能提升帶來的影響。

1 變壓器發現故障

某日公司變電檢修中心在進行某變電站500kV變壓器油樣色譜分析試驗的過程中，發現A相總烴為192uL/L（標準為150 uL/L），B相總烴為130.1 uL/L，并有上升趨勢。于是跟蹤主變油色譜，根據每日油樣檢測情況分析，A，B兩相總烴呈上升趨勢，尤其以A相上升趨勢比較明顯，達5%/日，因乙炔含量幾乎沒有，可排除內部放電，判斷為變壓器內部局部高溫過熱引起，需要盡快對A，B相停電進行檢查。

變壓器停電后，對變壓器的ABC三相進行了常規實驗，并進行了鉆芯檢查，排除一系列可能存在的問題后，對變壓器分別測量上下串聯繞組直流電阻，測到結果顯示：B相下半部比上半部直阻大12.5mΩ（5.6%）。從測量得出初步結論，高壓線圈存在虛焊可能。將B相運至車間進行內部斷股檢查，檢查發現線圈下部有一處焊點斷線，斷線處絕緣紙已發黑并爆開；同樣檢查A相，發現類似的問題。由于現場不具備進一步解體檢查條件，決定返廠進行解體檢查。

2 故障原因調查

在廠家車間，對變壓器線圈進行處理。A相，經過拆圍屏，排查線圈，檢測到一個故障點，此故障點位于線圈低端，角環內部。可以明顯地看到燒焦痕跡，角環上有對應的黑點，有明顯的放電跡象，拆掉角環，完全拆除絕緣紙后，發現焊口已經完全斷開，并有燒灼發黑痕跡。同樣，對B相進行相同的處理，在低端類似位置發現類似的故障點，拆除絕緣紙后，發現焊接處已經斷裂。具體如圖1所示。

圖1 A，B相高壓線圈故障點圖

通過線圈解體，我們初步分析，原因可以分為內因和外因。

內因：焊接質量不合格，焊接的時候質量沒達標，焊頭沒焊透，焊接處焊料不夠充足。同時檢查其他焊接處，發現部分焊接處也存在焊接不足現象，焊接表面有坑坑洼洼。總之，焊接質量有問題，這是造成故障的主要原因。

外因：短路外力的沖擊，變壓器承受短路電流沖擊，會造成局部電流過大，從而使溫度極具升高，造成焊料熔解，形成斷裂，產生放電。經廠家介紹，此次采用的焊料的熔化溫度在640~800℃之間，因此局部溫度已經達到這個溫度。

內外因相互作用，惡性循環，最終導致焊接點完全斷裂。故障發現得很及時，如果繼續運行，很有可能造成主絕緣擊穿，產生比較嚴重的后果。

3 原線圈繞制工藝及問題

分析線圈狀況，此變壓器原高壓線圈為全糾結式。全糾結式繞組是特殊的繞制方法，能夠使幾何相鄰線匝具有較大的電氣位置，此時在電容不變情況下增大了匝間電容所儲藏的電荷和能量，從而等值地增加了匝間電容，改善了起始電壓分布，改善了沖擊梯度。

該線圈是中部進線、上下并聯的結構。根據線圈磁力線的分布狀況，該線圈采用了2種規格的導線，在上下端部，由于軸向磁力較大，所以采用軸向2根并聯的組合導線（TPU），總共16段（上部末端和下部末端各8段），TPU導線規格為2×4.20×6.60mm，俗稱方線；在中間主體位置，幅向作用的磁力較大，所以采用幅向2根并聯的組合導線（TP），總共120段（上下半部各60段），TP導線規格為2×2.0×13.0mm，俗稱扁線。在具體的繞組過程中，由10根組合導線并聯繞制，做插花糾結，在導線接頭處采用高頻釬焊。

整個線圈繞制過程中，由于采用全糾結式繞組，需要出現3種類型的焊接點：方線與方線連接，方線與扁線連接，扁線與扁線連接點。如圖2所示，左邊的為方線與方線焊接點，右邊為扁線與扁線焊接點。

圖2 線圈的不同焊接點

這次故障點出在方線與方線焊接點處，相同的焊接工藝和方法，為什么會現在在方線與方線的焊接點，而沒有出現在另外兩種焊接點處呢？通過分析主要有3方面原因：（1）焊接質量及質量控制系統不過關，質量監控不嚴格；（2）方線間的焊接點相對焊料要多，焊接難度要相對較大；（3）由于方線連接點位于線圈的頂端和低端，特別由于廠方工位設計的原因，導致在焊接下端繞組時，操作困難，增加了出現問題的隱患。

針對第1方面，焊接質量控制系統不健全，首先要提高操作工人的焊接質量，同時增強在控制質量方面的監管，采用更加高效的方法確保焊接質量的合格，從而使焊接能更加符合標準要求。對于第2，3方面，方線間的焊接點相對操作困難，并且在線圈下端焊接工位相對操作困難的部位，恰恰全部是方線焊接點，在困難的基礎上再加上困難，增加了出現焊接質量問題的隱患，如何能采用另外一種方法，能最大程度地減少焊接點，排除出現問題的可能性，這是需要考慮的問題。基于此，本文提出新的繞組工藝，在焊接工藝及焊料不變的情況下，能大大提高繞組的繞制質量，在不改變電氣性能的基礎上，加強繞組的機械強度，進一步降低出現缺陷的風險，確保變壓器更加安全。

4 新線圈繞制的對比

通過對比分析，提出采用糾結連續式繞制方式，取代原來的全糾結式繞制方式。原來的全糾結繞制方式，也就是對整體線圈全部采用糾結式繞制，它的缺點比較明顯，就是由于焊點較多，在線圈機械強度的保證方面略顯不足。新采用的連續糾結式，將部分線圈進行連續式繞制，其余部分線圈進行糾結式繞制，將連續繞制和糾結繞制有機結合起來，組成連續糾結式。

連續糾結式采用另外的組合導線，代替原來的方線和扁線。首先，在連續段采用組合換位導線，代替原來的組合導線，如圖3所示為組合換位導線，所謂組合換位導線是指以一定根數（奇數）漆包線扁銅線組合成寬面相互接觸的兩列，按要求在兩列漆包銅扁線的上面和下面沿窄面做同一轉向的換位，并用電工絕緣帶作多層連續緊密包繞組成的導線，用于制造高電壓、大容量變壓器。組合換位導線經過連續式繞制后，是沒有焊接頭的，這樣就大大減少了焊接頭的數量，起到非常明顯的效果。在新線圈中，連續段總有68段（上部末端和下部末端各34段），導線規格為13×1.37×6.95mm，為13根導線換位。其次，在糾結段，采用另一種尺寸規格的幅相2根并聯組合導線，共有56段（上下部各有28段），規格為2×2.38×12.9mm。

圖3 新線圈采用的組合換位導線

采用新線圈繞組后，相比較有以下方面優點：

（1）原線圈采用全糾結，導線接頭較多，由于焊接全部采用人工操作，操作標準無法統一，不可避免會出現焊接質量問題，從而會對變壓器的機械強度帶來隱患。采用新繞組后，大大減少了焊接點，組合換位導線沒有焊接點，它與新的組合導線的焊接點也僅有1處，并且這處焊接點在焊接時采用銅套焊接，大大增加了機械強度。

（2）采用組合換位導線，有這種導線自身的優點，它的優點是使繞組中導線的附加損耗減少到最低的程度，而原先采用的組合導線沒有這方面的優點，使附加損耗減少，也就大大加強了變壓器的工作效率。

（3）在新線圈中，中部的組合導線依然會有焊接，但這種焊接是處于非常良好的工位展開，對提高工人的工作質量和效率有很大的幫助，也從另外一個側面降低了線圈出現焊接質量缺陷的可能。

5 總結

本文通過對一臺大容量變壓器出現線圈缺陷實例的分析，找出產生這種缺陷的內在和外在的根本原因，在此基礎上，尋找到另外一種線圈的繞制方法，通過新舊線圈的對比，發現新繞制線圈在某些方面的優點，從而為變壓器的更加可靠運行提供保障。