针对大型变压器绕组常见绕法研究探讨

屈乾达

摘 要：现如今，电力负荷需求量越来越严峻，进一步要求大型变压器的生产与投运，其绕组的绕制方法对电力压器的容量及抗短路能力有显著的效果，不同的电力变压器对应的绕组方法方式不一致，相应的获得不同抗短路能力参数，文章就大型变压器的各种不同形式绕组绕制方法作进行相关介绍。

关键词：变压器；绕组；方法

中图分类号：TM41 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）17-0063-02

Abstract： Nowadays， the demand for electric power load is becoming more and more severe， which further requires the production and operation of large transformers. The winding method has a remarkable effect on the capacity and anti-short-circuit ability of electric voltages. Different winding methods of power transformers are different， and different parameters of anti-short-circuit ability are obtained. This paper introduces the winding methods of different types of large transformers.

Keywords： transformer； winding； method

电力变压器是根据电磁感应原理制造出来的电气设备，电力变压器至少应有能高效利用电磁感应的铁心和绕组。电力变压器的主要部分是铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件等。由于容量、电压的不同，电力变压器的铁心、绕组、绝缘、外壳和必要的组件的结构形式可以是不一样的。

1 变压器结构

變压器可以变换不同电压，是通过铁心内的磁通随时间的变化，在不同匝数的绕组内感应出不同的电压。铁心是变压器的磁路部分，作用是导磁，一般采用导磁率高，损耗低的电工钢片作为铁心的材料，主要为了减少交变磁通在通过铁心时引起的磁滞、涡流损耗。铁心是变压器的骨架，铁心上几乎安装了变压器内部所有的部件，铁心的心柱上套装着变压器绕组，并利用铁心的夹紧装置固定绕组，形成一个整体，提高了变压器整体的机械强度。

1.1 铁心材料

铁心使用的是含硅量较高的钢片，又称硅钢片。由于软磁特性好而用于电工产品，所以称为电工钢片。硅钢片有热轧和冷轧两种，热轧硅钢片的磁性差，磁通密度只能达到较小，而单位损耗较大，目前已不采用。冷轧硅钢片又分无取向和取向两种，冷轧取向硅钢片有明显的方向性，沿轧制方向的磁性能好，饱和磁密高，单位损耗和励磁容量小，目前变压器广泛采用冷轧取向硅钢片作为铁心材料。

1.2 铁心的结构

变压器铁心是框形闭合结构，套线圈部分为心柱，不套线圈部分为铁轭（上下铁轭、旁轭）。铁心分为壳式和心式两种。壳式铁心水平放置，铁心包围绕组。心式铁心一般垂直放置，铁心截面呈多级圆柱状，线圈包围心柱。有多种规格的硅钢片叠装而成的铁心称叠铁心结构。由硅钢片卷制而成的铁心称为卷铁心结构。

1.3 铁心接缝结构

铁心的接缝方式分为直接缝、混合接缝（半直半斜）、标准斜接缝、台阶斜接缝和相交斜接缝五种。铁心心柱截面形状有矩形截面、渐开线性截面、辐射片环形界面、多级圆形截面。铁轭截面形状有矩形截面、倒T形和多级倒T形截面、正T形和多级正T形截面、多级圆形截面、多极椭圆形截面。（1）直接缝。直接缝是指每叠铁心片均为直接缝，搭接面积占角部面积的100%，铁心片剪切简单，叠积方便，结构强度好。但对冷轧晶粒取向硅钢片，搭接面积越大，磁通偏离轧制方向越长，磁性越坏，故只能用于热轧硅钢片中。（2）混合接缝（半直半斜接缝）。直接缝和斜接缝在各叠中交替出现，心柱片和铁轭片宽一致时，斜接缝为450，搭接面积占角部的50%，空载性能比直接缝有明显改善，结构强度可靠，剪切叠积方便，硅钢片利用率最高。但仍有一半是直接缝，影响性能的进一步提高。（3）标准斜接缝（带尖斜接缝）。铁心片全为450斜角片，铁轭外侧有尖角伸出（或将尖角去掉）。角部内侧有与尖角大小相同的空隙，局部提高了磁密和损耗，搭接面积较小，磁通拐角小，空载性能好，剪切方便，硅钢片利用率高。（4）相交斜接缝（变角接缝）。该接缝铁心斤的角度不是450，通常为350/550交替搭接，也可采用300/600和420/480。交替搭接，该接缝只要心柱和铁轭片宽相同，就可在不同角度下接合，但其剪切稍复杂，搭接面积较小。

常用的心式叠铁心有单相双柱式、单相旁轭式（单相三柱）、三相三柱式、三相旁轭式（三相五柱）。（1）单相双柱式叠铁心。单相双柱式叠铁心的心柱与铁轭在同一平面，交叠方式叠积，两柱均套线圈，结构简单，目前广泛应用于单相变压器。（2）单相旁轭式。单相旁轭式叠铁心与三相三柱式叠铁心相同，单相变压器时中柱为心柱，两边为旁轭，旁轭的截面是心柱的一半，附加损耗小，类似于单相壳式铁心，适用于高压大型和高压试验变压器。三相变压器时三柱各为一相，套装一个线圈，是一般变压器的典型结构，适用于各种三相变压器。（3）三相旁轭式。三相旁轭式叠铁心中间为三个心柱，两边旁轭和上下铁轭截面是心柱的一半左右。常用于三相大容量变压器和三相三绕组电压互感器。

2 绕组

绕组是变压器变换电压的电路部分，是变压器的基本部件，绕组的电器性能和机械性能直接影响变压器的性能。绕组一般是由表面有绝缘（绝缘漆或纸包绝缘）的铜（铝或超导材料）导线绕制而成，一般成圆柱形。考虑到大型变压器短路容量较大和系统容量的增加，为了提高绕组稳定能力、抗短路能力，选用半硬铜导线。为降低损耗采用自粘换位导线。由于国产变压器绝大多数是心式结构，它的绕组也都采用同心式结构，这种圆柱形绕组，正适合同心式变压器绕组的布置。因此，大多数变压器均采用圆柱形绕组。变压器绕组中通过的电流随额定电压的不同而不同，绕组的结构与变压器的容量有关。因此，电力变压器绕组采用不同的结构是为了适应不同的绕组电压、电流和加工制造方便。根据绕组结构和工艺特点，绕组的型式可分为层式绕组和饼式绕组两种。线圈的线匝沿轴向依次按层排列绕成称为层式绕组，如圆筒式和箔式绕组。线圈的线匝沿辐向绕成线饼，在由多个线饼沿轴向排列的绕组称为饼式绕组，如连续式、纠结式、内屏蔽式绕组。绕组的型式见表1。

2.1 圆筒式绕组

圆筒式绕组类似于一个圆筒形螺旋体，其线匝用圆或扁导线彼此紧靠着绕成。一般不绕成单层，绕成双层或多层时，其层间必须垫绝缘纸板或用木条加在中间做成油道。它的特点是绕制简单，油道散热效果好，但线圈端部支撑面小机械强度差，一般用在小容量变压器上。

2.2 箔式绕组

箔式绕组是利用铝箔或铜箔作为导体绕成圆筒式，每层一匝，层间绝缘就是匝间绝缘。它的特点是绕组的空间利用率高，便于绕制，可用于小型变压器绕组。

2.3 连续式绕组

连续式绕组是用扁导线连续绕制若干个线饼组成。每个线饼由一根或几根导线并联连续绕成的，线饼间由绝缘垫块隔开并形成横向油道，绝缘撑条沿绕组内径均匀布置形成纵向油道。线圈的饼数应为偶数，第一饼（奇数）由外向内绕制为反饼，第二饼（偶数）由内向外绕制为正饼，其余线饼相同。当连续式绕组由多根导线并绕时，并绕导线内部应进行换位。它的特点是机械强度高散热性能好，承受冲击电压性能差，适用于35～110kV的绕组。

2.4 纠结式绕组

纠结式绕组与连续式绕组相似，它们的不同之处在于线匝的排列顺序。它的线匝不以自然数序排列，而在相邻数序的线匝间插入不相邻数序的线匝。原来的连续式绕组的线匝，需进行交错纠连，形成纠结式绕组。有些110kV变压器绕组，只是在起始的一些线饼采用纠结式，其余部分采用连续式，这种绕组称为纠结连续式，220kV以上变压器的绕组全部采用纠结式。纠结式绕组提高了匝间电位差，增大了绕组纵向电容（纵向匝间），可以改善冲击电压起始分布，降低电压梯度。缺点是绕制费工时，绕组焊头多。

2.5 内屏蔽式绕组

内屏蔽式绕组是由在连续式线段内部插入增加纵向电容的屏蔽线而组成，又称插入电容式绕组。屏蔽线无工作电流，常采用截面很小、厚度很薄的导线。为了提高内屏蔽式的绕组的空间系数，往往使导线的匝绝缘较薄而屏蔽线匝绝缘较厚。为防止屏线端部放电，必须处理光滑，先包半导体材料再用绝缘纸包扎。内屏蔽式绕组和纠结式绕组一样可以改善冲击电压起始分布，绕制方便，减少大量焊点，可用于110kV及以上的变压器高压绕组。

2.6 螺旋式绕组

螺旋式绕组由多根扁导线并联按螺旋形绕制成，当全部并绕导线重叠绕制成一个线饼，每绕一匝前进一个线饼时称单螺旋；当全部并绕导线绕成两个线饼，每绕一匝前进两个线饼时称双螺旋；同样可以绕制成三螺旋、四螺旋绕组。螺旋式绕组的特点是绕制工艺简单，冷却条件好，由于线圈高度的限制，匝数较多的绕组不适用。一般用于低电压大电流绕组和有载调压变压器的调压绕组。

3 結束语

电力变压器至少应有能高效利用电磁感应的铁心和绕组，变压器绕组作为变压器的核心部件，要保证变压器器身的绝缘强度和规定的寿命，必要保持强大的机械强度，并有一定的抗短路强度。根据标准GB/T 6451-1999《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》和标准GB/T 16274-1996《油浸式电力变压器技术参数和要求 500kV级》的要求，对不同电压等级和不同容量的变压器绕组，其对应绕制方法不一样，本文对实践工作有一定的指导意义。

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