油浸式变压器绕组铝改铜的设计

彭飞++李露霞

[摘 要]针对中小型变压器铝导线绕组易于出现运行故障，且维修难度较大等因素，文章结合1台绕组烧损的160kVA油浸式变压器（型号：ZSL，额定电压：380V/187V，阻抗电压：4.8%，接线方式：Y/△—11）进行绕组铝改铜试验，以验证改造设计数据和效果。

[关键词]变压器 绕组铝改铜 改造设计

中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）12-0395-01

一、工艺保证

同绕工艺绕制高压线圈使用高速绕线机绕制的，该绕线机对导线采用机械张紧且张紧力恒定。伺服系统是实现无极规自动控制排线，排线紧密紧凑，自动计数准确；由于高压线圈绕制过程中对导线施以拉紧和紧靠，所以高压线圈的导线施靠实的，与端绝缘之间是刚性紧挨接无压缩余量，同理，低压线圈也是如此。所以同绕后的相绕组的轴向高度既可以保证设计尺寸（从而保证了阻抗电压的准确性）。

二、原始数据

（一）铁芯数据

铁芯直径Φ140mm，铁芯柱中心距270mm，铁芯窗口宽度135mm，铁芯窗口高度445mm，级数从一级到七级所对应的铁芯柱叠片片宽和叠厚（mm）分别为135、125、115、105、90、70、45和36×1、15×2、9×2、8×2、9×2、8×2、6×2。

（二）绕组数据

内绕组（输入绕组）线径5.13×14.47纸包扁铝线2本，导线截面积148.2mm2，匝数52匝（每层13匝，共4层），电压380V；外绕组（输出绕组）线径4.40×16.72纸包扁铝线2本，导线截面积145.08mm2，匝数44匝（每层11匝，共4层），电压187V。内绕组内径Φ149mm，内绕组外径Φ206mm；外绕组内径Φ217mm，外绕组外径Φ261mm；绕组高度435mm；带边条尺寸：大头35mm，小头6mm。线圈有效高度394mm。

（三）接线方式

变压器接线方式：Y/△—11。

三、设计计算

（一）技术要求

额定容量：160kVA；接线方式：Y/△—11；输入电压：380V；输出电压：187V。

（二）铁芯容量

根据铁芯原始数据，改造后铁芯柱截面积为156.4cm2，根据公式，核算得铁芯容量71.66kVA。

（三）导线截面积及导线规格

遵循铜导线截面积不小于原铝导线截面积64%的原则，考虑提高运行可靠性，按70%选取，则输入绕组核算导线截面积103.74mm2，输出绕组核算导线截面积101.56mm2。

选输入绕组导线2.83×9.3纸包扁铜线4本，2并2迭绕制，导线截面积为103.2mm2，达到核算值的99.48%；选输出绕组导线2.63×10.0纸包扁铜线4本，2并2迭绕制，导线截面积为103.2mm2，达到核算值的101.61%。

（四）绕组匝数

原则上按原始匝数选取匝数。但考虑到变压器有1%～5%的损耗造成的压降，同时，改造后的变压器的电抗高度与原变压器不能有太大差距，故要对匝数进行相应的调整，且绕组匝数尽可能取整数。

1）输入绕组匝数。导线2.83×9.3带绝缘的尺寸为3.35×9.78mm，因导线采用2并2迭绕制方式，则1匝导线的宽度尺寸为19.56mm。依据原有线圈394mm的有效高度，考虑绕线工艺，新线圈有效高度取390mm，线圈绕制系数取1.03，则每层匝数约为19.36匝，故取每层19匝。为保持每层绕组匝数相同，且考虑原有绕组52匝等因素，决定绕组共绕3层，总匝数为57匝。

2）输出绕组匝数及核算电压。根据变压器原理：，可推导出本变压器输出绕组为48.58匝。实际取49匝，线圈绕制系数1.03，输出绕组核算电压为188.6V。

改造后变压器一次电压为380V，一次绕组匝数57匝，二次绕组匝数49匝，二次电压为188.6V。输出电压在允许范围（188.6/187=1.0086）。

（五）绕组尺寸

与原变压器一样，输入绕组为内绕组，输出绕组为外绕组。内绕组对地绝缘采用δ=1.0mm钢纸板1层。其中，在绕制线圈时，内绕组内径附加1层δ=0.5mm钢纸板，以保护变压器绕组在套装铁心时不受损伤（随绕组一同浸漆）。内、外绕组之间采用δ=5mm撑条作为油道。依据计算并考虑绕制裕度，确定如下。

1）内绕组内径为150mm，内绕组有效高度为393mm、总高度为435mm，内绕组外径为193mm。绕制时，每层导线在9.5匝处进行换位，绕组层间绝缘采用δ=0.12mm电缆纸2层，绕组端部采用δ=1.0mm钢纸板制成的带边条作为端绝缘。

2）外绕组内径为203mm，外绕组有效高度为378mm、总高度为435mm，外绕组外径为243mm。绕制时，外绕组共绕3层，其中第1至第2层每层绕17匝，第3层绕15匝，绕组层间绝缘采用δ=0.12mm电缆纸2层，绕组端部采用δ=1.0mm钢纸板制成的带边条作为端绝缘。

（六）铁芯窗口

（1）窗口高度：445mm；绕组高度：435mm（可行）。（2）相邻两相绕组外径之间的距离a：a=M-D2外=270-243=27（mm）>1mm（可行），式中M—铁芯柱中心距。

（七）绕组铜重

（1）内绕组（输入绕组）

绕组内径（不带绝缘）：150+0.5×2=151（mm）；绕组外径：192.16mm≈192.5mm；绕组平均直径：D1均=151+（192.5-151）/2=151+20.75=171.75（mm）；绕组平均匝长：L1均=π×D1均=3.14×171.75=539.295（mm）；绕组导线总长：L1二L1均×N1=539.295×57=30739.815（mm）；绕组铜重：G1=8.9L1S×10-3=8.9×3073.9815×1.032×10-3≈28.3（Kg）；三相绕组净铜重：28.3x3=84.9（Kg）。考虑到绕组的出线长度及铜线损耗，在净铜重的基础上加上6%的余量，因此，内绕组加工铜线重量为：G1/=84.9×1.06≈89.994（Kg），取G1/=90Kg（注：每公斤单根铜线长度为4.35米）。

（2）外绕组（输出绕组）

绕组内径：192.5+5×2=202.5（mm）；绕组外径：242.24mm≈242.5mm；绕组平均直径：D2均=202.5+（242.5-202.5）/2=202.5+20=222.5（mm）；绕组平均匝长：L2均=π×D2均=3.14×222.5=698.65（mm）；绕组导线总长：L2=L2均×N2=698.65×49=34233.85（mm）；绕组铜重G2=8.9L2S×10-3=8.9x3423.385×1.032×10-3=31.45（Kg）；三相绕组净铜重：31.45×3=94.35（Kg）。考虑到绕组的出线长度及铜线损耗，在净铜重的基础上加上6%的余量，因此，外绕组加工铜线重量为：G2/=94.35×1.06=100.01（Kg），取G2/=100Kg（注：每公斤单根铜线长度为4.35米）。该变压器已完成铝改铜改造性大修工作，经过半成品、成品试验，所有电气参数全部合格，该变压器现已投入运行。通过铝改铜改造性大修，不仅缩短了变压器的检修时间，而且降低了变压器自身的能耗。

参考文献

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