电力变压器绕组电抗高度的研究

电力变压器绕组电抗高度的研究

杨洪彬 1 董雪莲 2

1．特变电工股份有限公司新疆变压器厂 2．国网新疆电力公司检修公司

摘要：通过高精度的导线预压设备测量变压器线圈导线的外形尺寸，计算导线在线圈高度方向的累计偏差。利用油隙垫块压缩量测量装置测量油隙垫块外形尺寸，用其模拟油隙垫块在煤油气相干燥炉中的恒压状态，取得油隙垫块干燥前和干燥后的尺寸变化情况。综合上述两个数据验算变压器线圈电抗高度，研究线圈恒压干燥工艺对线圈电抗高度的影响，验证提高变压器线圈抗短路能力的工艺措施。最终达到提高产品质量的效果和目的。

关键字：电力变压器，绕组，电抗高度，恒压干燥工艺

1.项目课题提出的背景

随着经济建设和电力建设的发展，电能的需求越来越大，超高压大容量变压器的应用也越来越广泛，电能在国民经济建设中的作用越来越突出。如何保证变压器供电可靠性，如何保证变压器运行可靠性，受到越来越多的技术人员的关注和探索。技术人员在工作过程中发现，提高线圈电抗高度的稳定性可以明显提升变压器的抗短路能力。因此，研究绕组电抗高度影响因素，改进变压器线圈制造工艺，成为线圈制造工艺的关键环节。

2.线圈制造工艺现状

据某变压器厂220kV电力变压器绕组电抗高度的统计数据，线圈电抗高度与设计值的偏差数据如表1所示。由上表数据可知，线圈出炉后高度偏离设计值10mm以上的产品约占变压器总量的53.7%。在这种情况下，制造厂一般采用加入调节垫块的方法进行线圈电抗高度的调整。

表1 绕组出炉后高度偏差统计表

在这种情况下，变压器厂通常采用两种方式进行处理。一方面是在线圈的段间加入或去除油隙垫块进行高度的调节，另一方面是在线圈的端部对铁轭绝缘垫块的厚度进行处理。这两种方法会改变原先的线圈设计结构，直接影响到线圈的绝缘强度，对产品质量造成一定的潜在影响。

3.电抗高度的影响因素

线圈的电抗高度实际由电磁线和油隙垫块两部分组成。绕组电抗高度是在线圈干燥出炉后，在标准工艺压力下进行测量的。因此，影响线圈电抗高度的因素可以归纳为四点：导线的外形尺寸、油隙垫块的厚度尺寸、线圈的工艺压力、线圈的干燥工艺。

需要说明的是，导线的外形尺寸及油隙垫块厚度尺寸，与设计值的偏差会受到线圈工艺压力和线圈干燥工艺的影响。在不同的工艺压力下，在不同的干燥处理之后，偏差值都不一样。这也是变压器绕组电抗高度控制的难点，也是本项目研究的重点内容。

4.项目的研究过程

4.1导线外形尺寸研究

采用精密测量仪器对换位导线外形尺寸进行测量。导线预压机可设定压力数值，测量导线在不同工艺压力下的高度数值，获得换位导线尺寸的实际偏差，计算导线宽度尺寸的累积量，从而获得换位导线外形尺寸累计偏差对线圈电抗高度总偏差的影响程度。

4.2油隙垫块尺寸研究

制作一台线圈油隙垫块压缩量测量装置，用其模拟油隙垫块的煤油气相恒压干燥状态，在干燥前和干燥后测量油隙垫块的压缩量。这种测量方法获得的油隙垫块压缩量数据科学合理、准确可靠并符合线圈干燥的实际情况，具有较高的参考价值。

5.项目课题取得的研究成果

线圈电抗高度偏差由导线累计偏差和油隙垫块压缩量两部分组成。导线累计偏差为不确定值，应根据具体导线实际测量并以测量值为准，按照线圈结构重新计算导线累计偏差，并且在线圈绕制过程中用工艺调节垫块进行补偿。线圈油隙垫块压缩量包含油隙垫块厚度自然偏差、油隙垫块厚度干燥收缩量、油隙垫块厚度弹性收缩量。根据大量的试验分析得到1.5mm油隙垫块压缩率为8.9%，这个数据与生产经验数据吻合度较高。

经过研究和分析，油隙垫块的自然偏差约占总压缩量的40%，而自然偏差取决于油隙垫块的材料，也就是纸板的材料。油隙垫块干燥收缩量约占总压缩量的50%，这主要取决于油隙垫块含水量的大小。油隙垫块弹性压缩量约占总压缩量的10%，这一部分压缩量主要取决于线圈承受的压力的大小。工艺试验采用的压力与生产实际相同，均为3MPa。值得说明的是，变压器突发短路状况时，受到短路力的作用，线圈轴向可能发生位移的尺寸大小取决于油隙垫块的弹性压缩量。

6.线圈制造工艺验证及优化

6.1线圈制造工艺验证

根据生产实际情况随机选择了一些产品进行跟踪测试。试验过程中，对导线宽度进行实测并计算累计偏差，油隙垫块压缩量统一按8%进行计算，综合计算出线圈高度的理论偏差。统计数据如表2所示：

表2线圈高度偏差统计表

根据试验结果来看，线圈出炉高度基本符合预期，线圈高度调整方法原理上比较准确，操作上比较可行。总体上基本达到了技术创新项目的预期要求。

6.2线圈制造工艺优化

对变压器绕组进行恒压干燥，有利于油隙垫块的密化，有利于线圈轴向高度的稳定，有效避免了线圈轴向高度的虚尺寸，保证了变压器的抗短路能力。线圈电抗高度对变压器抗短路能力的分析，实际上可以从以下两个方面进行说明：

其一，是线圈在没有干燥彻底的情况下，线圈油隙垫块存在一定的虚尺寸，这部分虚尺寸机械强度较低，在较小的机械压力下就会产生压缩变形。正是这种压缩变形的存在导致，变压器线圈在突发短路时，在极大的电动力的作用下产生了一定范围内的自由机械振动，这种机械振动的幅度较大，蕴含的碰撞能量也较大，因为虚尺寸的存在，机械力不能有效迅速的传递出去，导致线圈受到机械性的冲击性损伤，发生短路状态时的机械强度破坏。

其二，是线圈彻底干燥后，线圈油隙垫块中所含水分极少，油隙垫块组织稳定，存在的虚尺寸很少，基本可以忽略。在没有虚尺寸的情况下，油隙垫块可以承受很大的机械压力，而且本身发生的弹性变形也很少。变压器线圈在突发短路状态下，电动力可以迅速传递到相邻的结构件中，避免线圈本身在自由状态下，被机械力冲击而发生变形。从而具备了较好的抗短路能力。值得说明的是，线圈的弹性变形量，实际跟线圈轴向短路力的大小，在一定范围内成正比例关系。倘若轴向短路力十分巨大，超过了线圈油隙垫块或者导线本身的强度极限，依然会发生机械性破坏。

7.项目课题存在的主要问题及今后的设想

（1）导线预压机结构存在不合理之处。运行过程中会出现零点漂移现象，对测试数据产生一定影响。虽不影响正常使用但一定程度上影响数据的可信度。

（2）受设计水平的限制和外协加工能力的制约，油隙垫块压缩量测量装置的制作比较粗糙简单，视觉上也不够美观，还有较大的改进空间。

（3）在试制过程中，限于线圈结构的复杂性，线圈出炉电抗高度与理论计算还有一定偏差。需要进一步改善和优化。

参 考 文 献

阎治安, 崔新艺, 苏少平, 电机学. 西安: 西安交通大学出版社, 2006:69-70

伊克宁, 变压器设计原理, 中国电力出版社, 2003

王宏. 110kV变压器短路故障分析. 电力设备. 2004, 9(12):45-47

董其国. 电力变压器故障与诊断[M]. 北京: 中国电力出版社

陈敢风. 变压器检修[M]. 北京: 中国水利水电出版社

谢毓城. 电力变压器手册[M]. 北京: 机械工艺出版社