電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)分析及機械強度的問題探討

摘 要：電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)種類比較多，主要分為低壓線圈、高壓線圈和調(diào)壓線圈三種，它們在保障變壓器使用安全的過程中扮演著重要的角色。電力變壓器線圈質(zhì)量對于變壓器的運行安全性影響比較大，在變壓器線圈機械強度檢查活動中，技術(shù)人員應(yīng)該檢查線圈使之處于繞緊纏繞牢固的狀態(tài)，并且對線圈的機械強度進行檢驗，確保其能夠經(jīng)久耐磨，并在用電高峰期時線圈結(jié)構(gòu)處的電壓處于較高狀態(tài)下線圈不會出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。文章從電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)安全保障的角度進行分析，提出幾點有利于提升電力變壓器運行安全性的可行性措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；線圈結(jié)構(gòu)；機械強度；電力系統(tǒng)

電力變壓器的線圈結(jié)構(gòu)應(yīng)該采用緊密纏繞的方式進行設(shè)計，并且不同結(jié)構(gòu)的線圈采用不同的繞組方式。變壓器不同繞組的線圈其徑向力和軸向力之間應(yīng)該滿足一定的數(shù)值要求，達到徑向力和軸向力的對應(yīng)平衡。并且，為了確保電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)的使用安全，技術(shù)人員應(yīng)該對線圈結(jié)構(gòu)的機械強度進行精準(zhǔn)控制。從輸入時間及壓緊應(yīng)力進行分析，技術(shù)人員應(yīng)該認(rèn)真做好短路電流的計算工作，根據(jù)電力變壓器線圈短路電流的大小計算線圈的彈性系數(shù)。重點對變壓器線圈的阻尼因數(shù)進行認(rèn)真計算，防止線圈在電流過大的情況下出現(xiàn)不規(guī)則。計算上下鐵圈結(jié)構(gòu)夾件力的大小，保證其符合一定機械強度下的耐磨性能所需。

1 電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)分析

1.1 電力變壓器調(diào)壓線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計

在變壓器調(diào)壓線圈設(shè)計方式中，一般有兩種層式結(jié)構(gòu)類型，主要分為單匝模型設(shè)計方法和雙餅?zāi)Ｐ蛢煞N。

雙餅?zāi)Ｐ驮O(shè)計活動中，技術(shù)人員應(yīng)該考慮阻性參數(shù)對于鐵芯結(jié)構(gòu)的影響，一般來說，支路鐵心電感應(yīng)具有較強的阻抗矩陣效果，如果鐵芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計不夠合理，支路空氣電感應(yīng)效果不強。在變壓器的集合結(jié)構(gòu)參數(shù)線圈的結(jié)構(gòu)和形式設(shè)計活動中，技術(shù)人員還應(yīng)該考慮到阻性參數(shù)對于變壓器線圈結(jié)構(gòu)的具體影響。將焦耳損耗和電解質(zhì)損耗降低到最低水平。技術(shù)人員應(yīng)該注意處理好鐵芯半徑與繞組內(nèi)外半徑之間的參數(shù)對應(yīng)關(guān)系，總線匝數(shù)和餅間墊塊數(shù)以及墊塊寬度，都是影響電力變壓器強度的關(guān)鍵參數(shù)。浸油絕緣材料相對介電常數(shù)應(yīng)該控制為油、絕緣紙、墊塊2.2/2.6/4.5的比例為宜。其油道高度控制在4.6mm-9.9mm之間。

1.2 變壓器線圈匝數(shù)和內(nèi)外徑問題

采用合適的線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，有利于保證變壓器線盒內(nèi)部導(dǎo)向體處于絕緣狀態(tài)。其中，低壓線圈的額定電壓為10.5kV時，變壓器線圈匝數(shù)為131圈為宜。其高度不應(yīng)該低于1.08米，線圈內(nèi)徑應(yīng)該控制在小于0.28米的水平，并且確保外徑不大于0.344米。

電力變壓器的線圈結(jié)構(gòu)需要符合變壓器通用標(biāo)準(zhǔn)的需要，并且需要技術(shù)人員重點做好絕緣設(shè)計工作。認(rèn)真檢查線圈的出廠合格證書，對于線圈表面有磨損的地方，一定要對其作出返廠退貨和調(diào)換合格線圈的處理。電力無小事，安全靠檢查，技術(shù)人員在線圈結(jié)構(gòu)安裝活動中，應(yīng)該嚴(yán)格按照變壓器規(guī)格參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行質(zhì)量管理。低壓線圈的額定電壓為110kV時，變壓器線圈匝數(shù)為792圈為宜。其高度不應(yīng)該低于1.075米，線圈內(nèi)徑應(yīng)該控制在小于0.381米的水平，并且確保外徑不大于0.4505米。低壓線圈的額定電壓為110kV時，變壓器線圈匝數(shù)為160圈為宜。其高度不應(yīng)該低于0.792米，線圈內(nèi)徑應(yīng)該控制在小于0.4845米的水平，并且確保外徑不大于0.4955米。我們從讀入變壓器結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進行分析，對電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)進行數(shù)據(jù)檢查和前處理，并且自動化分電路單元和建立等值電路。對于電力變壓器線圈的物理性能應(yīng)該認(rèn)真把握，采用讀入計算功能開關(guān)ITEM的方式，對電容開關(guān)和電容參數(shù)進行讀入計算。電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)一般為層式結(jié)構(gòu)，我們采用仿真設(shè)計與計算流程優(yōu)化的方式，對電力變壓器的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行保障。

2 電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)中的絕緣隔板設(shè)計

2.1 內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)油隙的絕緣因子保護

在高壓電力變壓器絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計活動中，技術(shù)人員應(yīng)該采用隔板效果進行變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的絕緣設(shè)計。采用油隙分離的隔板結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠顯著提高變壓器內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)油隙的絕緣因子，對變壓箱內(nèi)部的結(jié)構(gòu)進行完整保護，從而提高油隙的擊穿場強阻止雜質(zhì)形成橋絡(luò)。

此種變壓器內(nèi)部線圈結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，是要防止高場強區(qū)固體絕緣損傷及整體絕緣結(jié)構(gòu)的油隙擊穿后果。在設(shè)計參數(shù)控制活動中，應(yīng)該顯著控制油隙寬度，根據(jù)電場分析掌握油隙的電場分布，從而實現(xiàn)優(yōu)化變壓器線圈絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的。在電力變壓器絕緣覆蓋的效果分析中，技術(shù)人員應(yīng)該對絕緣層的質(zhì)量進行保證，從而緩和電極端部電場的高壓壓力，不僅能夠保護電極表面的弱點，還能夠?qū)崿F(xiàn)防止雜質(zhì)橋絡(luò)粘結(jié)的目的。在電力變壓器設(shè)計參數(shù)控制活動中，技術(shù)人員應(yīng)該嚴(yán)格控制其覆蓋厚度。阻止電力變壓器沿表面放電，并且要防止其沿固體絕緣表面的放電，防止電力變壓器線圈內(nèi)部油隙結(jié)構(gòu)發(fā)生擊穿現(xiàn)象，增強絕緣體的覆蓋厚度，從絕緣結(jié)構(gòu)上具有保證可靠性的措施。

2.2 電力變壓器自動繞線絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

在變壓器線圈結(jié)構(gòu)保障上，對隔板的厚度進行嚴(yán)格把握，當(dāng)線圈產(chǎn)生閃劃時，隔板厚度保證變壓器設(shè)備不會產(chǎn)生貫穿性的擊穿傷害。在隔板位置處對散熱的允許最大值進行設(shè)計，并且要確保隔板盡量靠近高場強電極的位置。電力隔板一般為角狀結(jié)構(gòu)或者環(huán)形形狀，并且要保證變壓器內(nèi)的隔板盡量與電廠的等位線位置相一致。我們以導(dǎo)線尺寸和線圈高度具體設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)進行分析，安裝隔板在變壓器內(nèi)部，應(yīng)該對變壓器導(dǎo)線尺寸進行合理化控制。

使用自動繞線技術(shù)和直流換流變壓器制造技術(shù)，可以減小變壓器的體積，提高其供電的頻率和負(fù)荷功率，同時，可以縮減變壓器的制造周期和成本。以每層30匝線圈為例，裸導(dǎo)線：1.12（寬）X4.75（長），包導(dǎo)線：1.45（寬）X5.02（長），此時的線圈高度應(yīng)該控制在800mm左右，線圈內(nèi)外半徑為113/124mm左右，此時的鐵芯直徑應(yīng)該不小于215mm。采用變壓器的幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，對變壓器線圈結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化，從而設(shè)計出更加合理的線圈的結(jié)構(gòu)和形式。

3 電力變壓器線圈機械強度分析

3.1 電力變壓器線圈強度問題

我們常用的高壓線圈其匝數(shù)圈最多，需要在額定電壓下進行線圈結(jié)構(gòu)的密集緊實處理，才能夠保證變壓器線圈盒內(nèi)部的線道處于緊實狀態(tài)，不會出現(xiàn)線圈外露的現(xiàn)象。低壓繞組組的電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)，其徑向力應(yīng)該保證不低于20.56MN的水平，軸向力不低于4.26MN。高壓繞組組的電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)，其徑向力應(yīng)該保證不低于114.34MN的水平，軸向力不低于10.08MN。調(diào)壓繞組組的電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)，其徑向力應(yīng)該保證不低于125.95MN的水平，軸向力不低于3.01MN.服務(wù)于日常生活用電和工業(yè)生產(chǎn)用電的變壓器，其規(guī)格參數(shù)應(yīng)該符合國內(nèi)關(guān)于變壓器線圈規(guī)格的相關(guān)要求。在額定電壓下，線圈的匝數(shù)和高度不同，技術(shù)人員應(yīng)該滿足線圈的機械強度中內(nèi)徑與外徑粗度符合額定電壓變壓器的使用需要高壓線圈的安匝設(shè)計，主要考慮線圈纏繞的方式是否合理，以及在有限的高壓線盒中不會出現(xiàn)漏電現(xiàn)象。

使用高智能化的電力電子敏感變壓器，可以顯著提高電網(wǎng)的運行穩(wěn)定性，同時提升電力變壓器機械強度。在變壓器額定容量不變的情況下，采用多種類型的連接的方式，確保高壓額定電壓和低壓額定電壓標(biāo)準(zhǔn)下，變壓器線圈結(jié)構(gòu)時刻處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 變壓器線圈導(dǎo)納矩陣機械強度保障

在變壓器雙餅?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)設(shè)計與分析過程中，技術(shù)人員應(yīng)該從節(jié)點電容進行分析和計算，保證變壓器線圈結(jié)構(gòu)在導(dǎo)納矩陣中具有一定的矩陣阻抗效果。采用絕緣材料作為變壓器內(nèi)部的支撐原料，能夠顯著提高電力變壓器線圈的安全性。控制變壓器線圈繞線機的轉(zhuǎn)速，目的在于提升電力變壓器內(nèi)部線圈的密實程度。

根據(jù)不同的線圈形式選擇不同的轉(zhuǎn)速，確保電力變壓器內(nèi)部線圈在交錯纏繞的過程中不出現(xiàn)凸起。單根圓導(dǎo)線繞制的圓筒式線圈，線圈繞線機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該控制在150-500r/min。兩根圓導(dǎo)線繞制的圓筒式線圈，線圈繞線機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該控制在50-300r/min。一根到兩根圓導(dǎo)線繞制的線圈，并且線圈的形式為非圓筒式造型，技術(shù)人把線圈繞線機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該控制在15-70r/min。而多根圓導(dǎo)線在并聯(lián)繞制的圓筒式線圈中，為了保證大于兩根的多根線圈或者特大型線圈的繞緊質(zhì)量，此時的繞線機的轉(zhuǎn)速應(yīng)該控制在3.5-14r/min。在變壓器安裝領(lǐng)域中，磁芯氣隙對于線圈損耗影響很大，原副邊線線圈較差換位對于線圈損耗也有影響。顯著提升電力變壓器線圈的機械強度，適度減小磁性氣隙對于線圈的損耗影響。因此，我國應(yīng)該繼續(xù)推行變壓器行業(yè)的技術(shù)革新，應(yīng)該朝著質(zhì)量更輕、效能更高、密度更大的方向發(fā)展。技術(shù)人員應(yīng)該重點對變壓器片式化技術(shù)進行研究，大力研發(fā)出成套的、具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的、自動化程度較高的卷鐵芯生產(chǎn)設(shè)備，實現(xiàn)高效率的變壓器內(nèi)部芯材的剪切和卷制，實現(xiàn)變電器產(chǎn)品一次成型鑄造技術(shù)和退火設(shè)備的配套。

4 國內(nèi)代表性型號的變壓器絕緣線圈產(chǎn)品質(zhì)量分析

4.1 SCL、SCB8的代表性變壓器絕緣線圈產(chǎn)品

國內(nèi)型號SCL的代表性變壓器絕緣線圈產(chǎn)品，其導(dǎo)電材料為鋁線或者鋁箔制成，絕緣線圈的包封厚度為厚絕緣的機械強度類型。在電力變壓器線圈位置緊密纏繞時，采用臥式的成型方式，由上向下進行澆注能夠提升線圈的成型效果。

在填料混合時間把握方面，技術(shù)人員應(yīng)該采用澆筑樹脂絕緣材料之前進行混合的方式，提升變壓器線圈的絕緣效果。同時，電力變壓器的機箱內(nèi)部還可以填充一定質(zhì)量的石英粉末，并且采用環(huán)氧樹脂包封絕緣的設(shè)計方法，提升電力線圈部分的機械耐磨程度。型號為SCB8的代表性變壓器絕緣線圈產(chǎn)品，其導(dǎo)電材料為銅線制成，絕緣線圈的包封厚度為薄絕緣的機械強度類型。在電力變壓器線圈位置緊密纏繞時，采用立式的成型方式，由上向下進行緩慢澆筑，確保澆筑的絕緣物質(zhì)漫過變壓箱，能夠提升線圈絕緣體的成型效果。在填料混合時間把握方面，技術(shù)人員應(yīng)該采用澆筑樹脂絕緣料同時進行混合的方式，提升變壓器線圈的絕緣效果。同時，電力變壓器的機箱內(nèi)部還可以填充一定質(zhì)量的短玻璃絲氈，并且采用環(huán)氧樹脂包封絕緣的設(shè)計方法，提升電力線圈部分的機械耐磨程度。我們以SCB10變壓器的機械強度進行分析，其空載損耗比較小，在市場運用中具有較強的現(xiàn)實價值。其中，SCB10電子變壓器的容量為800kVA，重量為2100KG，外殼尺寸L X B XH/立方毫米分別為L：1800，B：1400，和H：2200的水平標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 SCB10的代表性變壓器絕緣線圈產(chǎn)品

SCB10變壓器長圓面積為2.52平方米，圓形面積為2.80平方米，面積差為0.1.%，在電力變壓器線圈性能保障活動中，技術(shù)人員應(yīng)該顯著縮小變壓器的面積差，從而有效提高變壓器的機械強度。阻抗電壓小于5.99%，高壓變電器的空載電流小于0.27%。SCB10電子變壓器在高溫狀態(tài)下負(fù)載效果比較明顯，因此，為了提升電力變壓器的運轉(zhuǎn)效率，采用有效的降溫手段，提升變壓器能源利用效率，很有必要。SCB10變壓器在表面溫度為120攝氏度時，其負(fù)載損耗達到了7270W，而變壓器的空載損耗為1600W。型號為SC8的代表性變壓器絕緣線圈產(chǎn)品，其導(dǎo)電材料為銅線制成，并且，國內(nèi)常見的絕緣材料使用德國HIT的技術(shù)，對電力變壓器的耐用程度進行優(yōu)化保障。絕緣線圈的包封厚度為厚絕緣與薄絕緣兩種方式相結(jié)合的機械強度類型。在電力變壓器線圈位置緊密纏繞時，采用臥式的成型方式，由上向下進行緩慢澆筑，確保澆筑的絕緣物質(zhì)漫過變壓箱，能夠提升線圈絕緣體的成型效果。在填料混合時間把握方面，技術(shù)人員應(yīng)該采用澆筑絕緣料之前預(yù)先放到線圈中的方式，顯著提升變壓器線圈的絕緣效果。同時，電力變壓器的機箱內(nèi)部還可以填充一定質(zhì)量的石英粉和短玻璃絲氈，并且采用環(huán)氧樹脂包封絕緣的設(shè)計方法，提升電力線圈部分的機械耐磨程度。并且電力變壓器的機械強度一般會受到導(dǎo)電材料較大的影響，技術(shù)人員對線圈質(zhì)量進行認(rèn)真檢查，核查其出廠合格證書，確保電力變壓器使用安全。

5 結(jié)束語

發(fā)展中國式智能電力變壓器線圈系統(tǒng)可以切實提高電網(wǎng)運營和業(yè)務(wù)水平，從而實現(xiàn)降低供電站公司成本的目的。保障變壓器運行安全，對我國社會經(jīng)濟水平的發(fā)展和進步有著巨大的推動作用，其建設(shè)發(fā)展過程涉及國民經(jīng)濟的很多方面。在我國智能電網(wǎng)的建設(shè)領(lǐng)域，推行智能化電力變壓器線圈結(jié)構(gòu)的安裝改良和檢修活動，可以很好解決輸電送電故障問題，通過科學(xué)合理的管網(wǎng)鋪設(shè)解決運輸電過程中損耗的問題，確保高壓線圈線路段子和低壓線圈中性點段子工頻正常。電力變壓器內(nèi)部線圈質(zhì)量的高低，對于用電的安全性影響比較大。采用變壓器線圈的交錯布置方式，能夠?qū)庀秾τ诰€圈的損耗降低到最小的影響狀態(tài)，顯著提升電力變壓器線圈的機械強度，提升用電的安全性。

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