多根导线并绕的连续式绕组换位方式分析

覃金南 周文洲

(广东广特电气有限公司，广东 佛山528225)

连续式绕组是变压器常用的一种绕组形式之一,相对于螺旋式绕组,连续式绕组的环流问题并不十分显著,但随着变压器容量的增大和绕组电流的增加,为了降低变压器绕组的涡流损耗，连续式绕组的并联导线根数可能达到8根，在某些特殊的变压器中甚至达到了12根之多。对于连续式绕组传统的经典换位方式，当并绕根数大于3根，其换位是不完全的，势必产生环流和环流损耗，随着绕组电流的增大，其环流问题渐渐凸显出来,因此,对连续式绕组环流损耗的计算分析，改善多根导线并联的连续式绕组的绕制方法来抑制环流和环流损耗，对了提高变压器产品质量和产品竞争力，有着重要的意义。

常见的连续式绕组的换位方式主要有传统换位（图1），潘戈换位（图2），我厂生产过程中还采用了改进型换位方式（图3），下面以8根导线并联的连续式绕组为例，分析一下这3中换位方式的优劣性。

图1 传统换位

图2 潘戈换位

图3 改进换位

假设绕组内径为r,每根导线厚为a,第一根导线处纵向漏磁场强度为B1，导线由绕组内径向外依次的编号为(1,2,3,4,5，……，16),假设纵向漏磁场强度沿绕组轴向均匀分布且沿绕组幅向线性分布,则第n根导线处的漏磁场强度为nB1(如图4所示),由法拉利定理可得在一定的电流下导线在第n位置产生的漏感电势为E=K1x2π（r+na-0.5）xnB1=kn(r+na-0.5a)B1 （k为与电流有关的常数）。……公式(1)

图4 绕组纵向漏磁场

由图1和上式可得,第一根导线在8个线饼中产生的漏感电势为E1=kx[8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)+8(r+7.5a)+16(r+15.5a)+(r+0.5a)+9(r+8.5a)]XB1=kB1(136r+1540a)同理可得第二根导线产生的漏感电势为 E2=kB1(136r+1444a)，依次可得E3=kB1(136r+1380a)，E4=kB1(136r+1348a),E5=E4,E6=E3,E7=E2.E8=E1,由上可得第1根导线与第8跟导线，第2根导线与第7跟导线，第3根导线与第6跟导线，第4根导线与第5跟导线之间无环流，但是每根导线与其余6根导线之间均存在环流，最大的电势差为E1-E4=kB1x192a。……公式(2)对于多根导线并绕的连续式绕组，如果采用相邻饼间都进行一次标准换位，其效果与螺旋绕组中部进行一次换位效果相同，按文献1给出的环流损耗计算公式为Kh=1.89（m4-5m2+4）×(fnaS/Hk)2×10-8%(Kh-环流损耗占直流电阻损耗的百分数，m-并联导线根数，f-频率 ，Hz，n-线饼数,a-导线厚度,mm S-每根导线有效截面积，mm2,Hk-绕组电抗高度，mm)……公式（3）

同理分析可得图2潘戈换位中，每根导线产生的漏感电势为E1=E2=E3=E4=E5=E6=E7=E8=kB1(136r+1428a)。这种换位方式换位最完全，环流最少，从理论上说各跟导线之间没有电势差，环流为0（由于漏磁场在绕组端部发生了突变，非均匀场，实际环流不是0）。从减少环流的角度而言，这是一种最理想的换位方式。但是实践中，这种换位方式每根导线和其余7根导线一起换位，操作困难且效率低下，换位处导线爬坡相当严重，剪刀差很大，线饼紧实度差，存在着安全隐患。从安全和效率的角度看，当并绕根数超过4根时，少采用这种方式为宜。

图3的这种换位方式，每2根导线为一组进行换位，然后在绕组中间进行标准换位。同理可以分析每根导线产生的漏感电势为E1=E2=E7=E8=kB1(136r+1492a);E3=E4=E5=E6=kB1(136r+1364a);最大电势差为E1-E3=kB1×128a显然第1,2,7,8根导线之间没有环流，第3,4,5,6，根导线之间也没有环流，与图1的换位方式相比，不但存在环流的导线根数减少，而且最大电势差也少很多，因此环流损耗大大减少。而与图2的换位方式，换位处导线爬坡较小，不存在剪刀差，操作简单，因而安全性和效率较高。在实际生产中，在这种换位方式下，我们常常在绕组的1/4,1/2,3/4处进行一次标准换位，此时连续式绕组等效于采用424方式换位螺旋式绕组，按照文献1的螺旋绕组环流计算，其环流损耗计算公式为Kh=0.7(m4-80m2+1024)×(fnaS/Hk)2×10-10%(Kh-环流损耗占直流电阻损耗的百分数，m-并联导线根数，f-频率，Hz，n-线饼数,a-导线厚度,mm，S-每根导线有效截面积，mm2,Hk-绕组电抗高度，mm)……公式（4）以10根导线并绕为例，在其余参数不变的基础上，采用图3的换位方式计算出来的环流损耗值仅为采用图1换位方式计算出来的环流损耗值的0.12%。

结束语：

当采用多根导线并绕的连续式绕组时,仅采用传统的标准环位方法,会在绕组中产生较大的环流损耗。如果设计的时候尽量采用偶数根数并绕,采用图2的改进环位方式,并且在绕组的1/4,1/2,3/4处进行一次标准环位,不仅能极大的减少环流损耗,而且安全可靠,容易操作。

［1］刘传彝，编.电力变压器设计计算方法与实践[M].辽宁科学技术出版社.

［2］刘玉仙，郭爱华，李文平.变压器线圈各种换位方法及环流损耗的研究[J].变压器杂志.