變壓器線圈“剪刀位”問題的預防及補救措施

王寧　李靜

摘要：根據“剪刀位”的定義及其危害，具體介紹了變壓器線圈中出現“剪刀位”的原因及預防措施，同時闡述了出現“剪刀位”后的補救措施，對變壓器線圈結構設計具有指導意義，能保證線圈繞制過程及變壓器使用過程中的安全性能。

關鍵詞：剪刀位;線圈結構;導線換位;導線爬坡

1? “剪刀位”的定義

我們通常把導線沿線圈輻向的平緩位移稱為導線爬坡。當連續式線圈輻向兩根以上導線并繞換位或螺旋式線圈軸向兩根以上導線并繞升層換位時，有可能形成“剪刀位”。

線圈導線換位時必須沿著線圈內表面或外表面進行，不能發生扭曲或爬坡現象，沿線圈內表面的導線換位稱為底位換位，沿線圈外表面的換位稱為明位換位。下面以連續式線圈輻向兩根導線并繞的明位換位為例進行說明，如圖1所示。為方便說明，導線換位前輻向外表面第一根導線定義為導線A，外表面第二根導線定義為導線B，當導線A在線圈外表面從第二段換位到第三段時不能發生扭曲或爬坡現象。換位完成后導線A從第三段外表面第一根線的位置向外表面第二根線的位置爬坡，同時導線B向第二段外表面第一根線的位置爬坡。當導線A完全處在外表面第二根線的位置后，導線B也完全處在第二段外表面第一根線的位置后，此時導線B進行明位換位不會發生爬坡。當導線A和導線B兩者之一沒有完成一根導線輻向的爬坡，換位時就會產生爬坡，此時換位就會與其上一餅導線形成一個剪切角，形狀酷似剪刀的剪刀口，因此這樣的換位被稱為“剪刀位”。

線圈繞制過程中，“剪刀位”最直觀的觀察方法是看換位墊板是否服帖。在如圖2所示的線圈實物“剪刀位”示意圖中可觀察到換位墊板明顯翹邊，可判定此處換位形成了“剪刀位”。

2? “剪刀位”的危害

導線換位處如果形成了“剪刀位”，在線圈加壓過程中線圈受到外部的軸向力作用時，“剪刀位”就會像剪刀口一樣形成剪切力，造成導線局部絕緣的損壞，引起線圈內部短路，進而導致產品損壞。變壓器在運行過程中線圈受到長期軸向力作用時極易造成“剪刀位”處導線局部絕緣的損壞，引起變壓器故障。所以當線圈結構中的“剪刀位”不可避免時，一定要采取妥當的保護措施。“剪刀位”不可避免，但必須避免由“剪刀位”引起的事故。

3? “剪刀位”的形成及預防措施

“剪刀位”的形成主要有以下幾個原因：

3.1? ? 結構原因形成的“剪刀位”

對于1 000 kV產品高壓線圈，采用兩根并繞插花糾結構，在線圈進線位置有一個半明半暗位，此換位一定是“剪刀位”，且從結構本身無法消除，也可稱為先天性“剪刀位”，如圖3所示。但也不是說“剪刀位”就一定會導致產品質量問題，做好保護措施即可，目前1 000 kV產品高壓線圈及2009年之前設計的500 kV及以上的發電機變壓器高壓線圈均采用兩根并繞插花糾結構，都有一個這樣的先天性“剪刀位”，由于保護措施到位并未在此處出現質量事故。

3.2? ? 換位間距不足形成的“剪刀位”

多數“剪刀位”的形成都是因為導線換位間距不足，也就是導線爬坡距離不夠造成的。導線位置的變化必須是逐漸連續的過程，導線爬坡距離與導線尺寸、硬度（屈服強度）都有關系。通常在導線屈服強度小于180 MPa時，導線爬坡距離不小于導線厚度（輻向尺寸）的8倍，若導線的屈服強度更大時，要適當增加導線爬坡距離。常見的由于換位間距不足形成的“剪刀位”及其預防措施如下：

3.2.1? ? 由于換位太多導致的換位間距不足

如對于雙層螺旋式低壓線圈，采用軸向8根輻向2根并繞，導致需要在線圈一周內進行16次換位，造成換位間距不足。

預防措施：在計算設計時，可以減少導線的并繞根數，最好輻向只采用1根導線并繞，從根本上避免換位。

3.2.2? ? 由于并繞導線換位沒有拉開導致的換位間距不足

對于多根并繞導線換位時，若兩個換位間的距離不足，使第二根導線爬坡還未到達線圈表面就進行了換位，導致第二換位產生“剪刀位”。

預防措施：遇到多根導線并繞時，需核算兩根導線間相距的撐條間隔，也就是導線的爬坡距離，并保證滿足導線爬坡距離≥導線厚度（輻向尺寸）的8倍，這對于換位導線尤為重要。

3.2.3? ? 由于特殊換位導致的換位間距不足

同樣的換位間距對于正常的換位不會產生“剪刀位”，而特殊換位時，幾根導線需要同時換位，使得導線厚度變大，導致換位間距不足產生“剪刀位”。

預防措施：在遇到特殊換位時，應該按組合后導線的尺寸考慮換位間距，一般特殊換位處的兩個換位要在兩根主撐條間隔以上，例如4根導線并繞時的特殊換位如圖4所示。

3.2.4? ? 由于換位間距不足導致屏線與工作線間產生“剪刀位”

由于換位間距不足導致屏線爬坡未到達線圈表面就進行了換位，引起屏線與工作線間產生“剪刀位”，如圖5所示。

預防措施：屏線至少要爬一個撐條間隔后再進行換位。

3.3? ? 生產過程中形成的“剪刀位”

在生產過程中，由于換位處不平整產生局部高線，或者導線沒有爬坡到線圈表面就進行了換位，都有可能產生“剪刀位”，因此在換位時需將線圈表面填平，或對換位處加強保護。

總之，為了避免“剪刀位”的產生，線圈的換位必須沿線圈表面進行并且換位處不能爬坡。因此，在圖紙設計時要充分考慮導線爬坡的距離，保證足夠的換位間距;在線圈繞制過程中要保證換位時導線一定爬到線圈表面后再進行。

4? “剪刀位”的補救措施

一旦“剪刀位”形成不能從結構上根本消除，只能增加保護措施避免造成產品損壞，如在形成“剪刀位”的兩根導線間增加換位墊板將剪刀口隔開，在剪刀口的位置加強保護絕緣，保證即使導線有局部絕緣的損害也不至于導致線圈內部短路。設計人員和操作者必須進一步提高重視程度，一旦發現問題立即提出。設計人員要從線圈結構上看能否從根本上消除“剪刀位”，若“剪刀位”不能消除，必須采取有效的保護措施，消除產品質量隱患。

5 結語

“剪刀位”一直是線圈設計和生產過程中需要密切關注的質量隱患，除了由于線圈結構原因無法避免的先天性“剪刀位”外，其余線圈結構要在制定設計方案時就注意到“剪刀位”問題。在今后的變壓器方案設計時，要不斷探索研究，盡快找到能替代有先天性“剪刀位”的線圈結構，從而提高線圈制造的操作工藝性，避免因“剪刀位”給變壓器產品帶來危害。

收稿日期：2020-03-01

作者簡介：王寧（1984—），女，遼寧人，工程師，研究方向：變壓器設計。