一种采用自屏蔽换位导线的变压器线圈结构设计

杨颖 李静

摘要：介绍了自屏蔽换位导线在变压器线圈结构上的应用，对其技术优势、结构特点以及关键技术点进行了较为详细的阐述与分析。

关键词：变压器;线圈;自屏蔽换位导线

0 引言

随着电力变压器产品的不断优化，为了在行业内更具竞争力，我公司采用了一种自屏蔽换位导线实现等安匝设计的线圈自平衡方式。等安匝设计可以明显改善漏磁对产品的影响，大幅降低产品的结构损耗系数，提高线圈的机械强度。优化后的变压器线圈结构可以减小产品尺寸，减轻产品重量，降低产品成本。

1 与内屏、纠结连续式线圈的技术差异

内屏连续式线圈因其结构简单、性能稳定可靠而得到了广泛应用。目前行业内采用内屏连续式线圈作为交流220 kV和500 kV高压线圈的主要形式，但内屏连续式线圈的占空率较低，导致屏蔽段电密非常高，而正常段电密又无法进一步提高，这一方面使得绕组的热点温升与绕组的平均温升差别较大;另一方面也导致产品损耗过大，成本增大。此外，内屏连续式线圈的纵绝缘分布梯度较大，因此线圈屏蔽段需通过放大线圈油道来调节纵绝缘分布。

采用纠结连续式线圈虽然可以解决上述问题，但是一方面，纠结连续式线圈工艺复杂，绕制难度大，容易导致纠结短路;另一方面，纠结连续式线圈限制较多，只能采用纸包铜扁线或组合导线绕制，最多只能在幅向并绕7根。因此，纠结连续式线圈依然无法适用于容量较大的产品。

为了突破这一设计瓶颈，我公司采用自屏蔽换位导线，改善了线圈的纵绝缘分布，无须放大线圈中的油道;减小了屏蔽线的绝缘厚度，提高了线圈的占空率，使得屏蔽段和正常段的电密一致，改善了绕组的热点温升;减小了工作线的匝绝缘厚度及产品尺寸，减轻了产品重量;使线圈更好地实现自平衡，提高了产品性能。采用自屏蔽换位导线绕制的内屏式线圈与纠结式线圈相比，其工艺简单、可靠性高。

2 自屏蔽換位导线的种类

自屏蔽换位导线是指将屏蔽线埋在换位导线中，如图1所示。自屏蔽换位导线绕制后的外形如图2所示。

本文对采用自屏蔽换位导线绕制不同屏蔽方式的线段进行了介绍，其结构为跨两段屏蔽、跨四段屏蔽，其中跨两段屏蔽分别介绍了在线圈表面走屏线和在导线内部走屏线两种方式。

2.1    跨两段屏蔽

跨两段屏蔽是在两段线饼内完成一次内屏，如图3所示。屏线沿线圈表面弯折出线段后与额外增加的单根过渡屏线焊接，如图4所示。

屏线沿线圈表面经过时需给出额外的过渡屏线，过渡屏线的宽度不得超过工作线的宽度，若屏线的宽度超过工作线的宽度，则会导致线圈加压时屏线受力。过渡屏线与原屏线搭焊时，与每根原屏线的搭焊宽度不小于原屏线的一半。当工作线较宽（幅向尺寸较大），埋在工作线内的屏线根数较多时，此屏线焊接的方式较难处理。通过结构改进，采用了在线段内部走屏线的方式，将需要连接的两饼线圈的屏线出头置于同一撑条间隔中进行单根对焊。在导线内部走屏线的屏线焊接方式如图5所示，此种屏蔽方式可以将各段的屏线引出位置集中在2～3根撑条之间。

2.2    跨四段屏蔽

跨四段屏蔽是在四段线饼内完成一次内屏，如图6所示。

跨四段屏蔽的屏线焊接及包扎处理方式与跨两段屏蔽相同。

2.3    屏线中断点

内屏式线圈的屏线在一次屏蔽内需将两个断头焊接在一起，为了不形成封闭的短路环，在一个屏蔽单元内需将屏线断开形成中断点，中断点的位置需通过波过程的计算得到。屏线中断点端头需倒圆、磨平后加屏蔽套，屏蔽后将屏线复位重新加包导线绝缘至原绝缘厚度。屏线中断点处理示意图如图7所示。

3 几种屏蔽方式的关键技术点

3.1    跨两段屏蔽

跨两段屏蔽的内屏式线圈屏线的匝绝缘厚度经波过程计算得出，220 kV产品屏线匝绝缘厚度为1 mm，比传统内屏式线圈屏线的匝绝缘厚度3.95 mm要小得多，有效提高了线圈的占空率。

跨两段屏蔽的一个屏蔽单元由两饼线圈组成，需一个屏线中断点和两个屏线出头，两个屏线出头均在线圈外径侧，破坏导线绝缘的次数较少。

对于沿线圈表面走屏线的情况，增加额外屏线分别和两个屏线引出焊接即可，可以保证线圈表面屏线焊接紧实。对于在导线内走屏线的情况，只需计算好屏线出头位置，对两段屏线进行一次单根对焊，无须给出额外的屏线。屏线不从油道中爬出，无须放大饼间油道，同时减少了屏线的弯折次数，提高了产品可靠性。

3.2    跨四段屏蔽

跨四段屏蔽的内屏式线圈屏线的匝绝缘比跨两段屏蔽方式的要更厚一些，但与传统内屏式线圈相比要小得多，线圈的占空率也得到了提高。

跨四段屏蔽的一个屏蔽单元为四饼线圈，屏线出头的处理数量更少，但是在波过程计算中存在较大困难。

综上所述，自屏蔽换位导线绕制的内屏连续式线圈，对改善传统内屏式线圈占空率低、纵绝缘分布梯度大的问题起到了非常明显的效果，且跨四段屏蔽方式相比跨两段屏蔽方式，工艺性和稳定性都更高。

3.3    屏线引出位置的处理

屏线需从一个换位节距中引出，由于换位导线的换位节距较小，当屏线较宽或根数较多时，屏线引出较为困难，且恢复绝缘时容易导致局部绝缘厚度不足。为了消除以上隐患，需加大屏线引出位置的换位节距，即在屏线引出位置前后共200 mm内无换位（导线厂家可以实现此要求），因此在导线采购时需精确计算每次屏线引出的位置，并在图纸中明确指出。

恢复导线绝缘时在屏线引出处将换位导线分成上下两个部分，分别包导线绝缘至原绝缘厚度，屏线单独包绝缘至要求值，屏线引出位置两侧可统包绝缘至要求值。

对于屏蔽段数较少、不超过10段的产品，可以考虑在导线内部走屏线，将各段屏线的引出位置集中在2～3根撑条之间，选在绝缘安全裕度较大的位置，有利于提高产品的电气性能，且设计工艺更为简单方便。但段数较多时，此种工艺无法实现。对于在导线内部走屏线的结构，屏线需单根对焊，由于屏线很薄（0.8 mm），因此焊接难度较大，操作时需严格控制。

4 结语

采用自屏蔽换位导线绕制的内屏连续式线圈与纠结式线圈相比，其工艺简单、可靠性高。此外，采用自屏蔽换位导线绕制的内屏连续式线圈适用范围广，不受容量和电压等级的限制，不仅适用于220 kV和500 kV的变压器产品，还适用于750 kV和1 000 kV的变压器产品。该工艺对于提高产品质量、降低产品成本也有着重大意义。

收稿日期：2020-12-17

作者简介：杨颖（1984—），女，山东人，工程师，主要从事变压器产品的设计和开发工作。