油浸式變壓器繞組鋁改銅的設(shè)計(jì)

彭飛++李露霞

[摘 要]針對(duì)中小型變壓器鋁導(dǎo)線繞組易于出現(xiàn)運(yùn)行故障，且維修難度較大等因素，文章結(jié)合1臺(tái)繞組燒損的160kVA油浸式變壓器（型號(hào)：ZSL，額定電壓：380V/187V，阻抗電壓：4.8%，接線方式：Y/△—11）進(jìn)行繞組鋁改銅試驗(yàn)，以驗(yàn)證改造設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和效果。

[關(guān)鍵詞]變壓器 繞組鋁改銅 改造設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM411 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）12-0395-01

一、工藝保證

同繞工藝?yán)@制高壓線圈使用高速繞線機(jī)繞制的，該繞線機(jī)對(duì)導(dǎo)線采用機(jī)械張緊且張緊力恒定。伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)無(wú)極規(guī)自動(dòng)控制排線，排線緊密緊湊，自動(dòng)計(jì)數(shù)準(zhǔn)確；由于高壓線圈繞制過(guò)程中對(duì)導(dǎo)線施以拉緊和緊靠，所以高壓線圈的導(dǎo)線施靠實(shí)的，與端絕緣之間是剛性緊挨接無(wú)壓縮余量，同理，低壓線圈也是如此。所以同繞后的相繞組的軸向高度既可以保證設(shè)計(jì)尺寸（從而保證了阻抗電壓的準(zhǔn)確性）。

二、原始數(shù)據(jù)

（一）鐵芯數(shù)據(jù)

鐵芯直徑Φ140mm，鐵芯柱中心距270mm，鐵芯窗口寬度135mm，鐵芯窗口高度445mm，級(jí)數(shù)從一級(jí)到七級(jí)所對(duì)應(yīng)的鐵芯柱疊片片寬和疊厚（mm）分別為135、125、115、105、90、70、45和36×1、15×2、9×2、8×2、9×2、8×2、6×2。

（二）繞組數(shù)據(jù)

內(nèi)繞組（輸入繞組）線徑5.13×14.47紙包扁鋁線2本，導(dǎo)線截面積148.2mm2，匝數(shù)52匝（每層13匝，共4層），電壓380V；外繞組（輸出繞組）線徑4.40×16.72紙包扁鋁線2本，導(dǎo)線截面積145.08mm2，匝數(shù)44匝（每層11匝，共4層），電壓187V。內(nèi)繞組內(nèi)徑Φ149mm，內(nèi)繞組外徑Φ206mm；外繞組內(nèi)徑Φ217mm，外繞組外徑Φ261mm；繞組高度435mm；帶邊條尺寸：大頭35mm，小頭6mm。線圈有效高度394mm。

（三）接線方式

變壓器接線方式：Y/△—11。

三、設(shè)計(jì)計(jì)算

（一）技術(shù)要求

額定容量：160kVA；接線方式：Y/△—11；輸入電壓：380V；輸出電壓：187V。

（二）鐵芯容量

根據(jù)鐵芯原始數(shù)據(jù)，改造后鐵芯柱截面積為156.4cm2，根據(jù)公式，核算得鐵芯容量71.66kVA。

（三）導(dǎo)線截面積及導(dǎo)線規(guī)格

遵循銅導(dǎo)線截面積不小于原鋁導(dǎo)線截面積64%的原則，考慮提高運(yùn)行可靠性，按70%選取，則輸入繞組核算導(dǎo)線截面積103.74mm2，輸出繞組核算導(dǎo)線截面積101.56mm2。

選輸入繞組導(dǎo)線2.83×9.3紙包扁銅線4本，2并2迭繞制，導(dǎo)線截面積為103.2mm2，達(dá)到核算值的99.48%；選輸出繞組導(dǎo)線2.63×10.0紙包扁銅線4本，2并2迭繞制，導(dǎo)線截面積為103.2mm2，達(dá)到核算值的101.61%。

（四）繞組匝數(shù)

原則上按原始匝數(shù)選取匝數(shù)。但考慮到變壓器有1%～5%的損耗造成的壓降，同時(shí)，改造后的變壓器的電抗高度與原變壓器不能有太大差距，故要對(duì)匝數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，且繞組匝數(shù)盡可能取整數(shù)。

1）輸入繞組匝數(shù)。導(dǎo)線2.83×9.3帶絕緣的尺寸為3.35×9.78mm，因?qū)Ь€采用2并2迭繞制方式，則1匝導(dǎo)線的寬度尺寸為19.56mm。依據(jù)原有線圈394mm的有效高度，考慮繞線工藝，新線圈有效高度取390mm，線圈繞制系數(shù)取1.03，則每層匝數(shù)約為19.36匝，故取每層19匝。為保持每層繞組匝數(shù)相同，且考慮原有繞組52匝等因素，決定繞組共繞3層，總匝數(shù)為57匝。

2）輸出繞組匝數(shù)及核算電壓。根據(jù)變壓器原理：，可推導(dǎo)出本變壓器輸出繞組為48.58匝。實(shí)際取49匝，線圈繞制系數(shù)1.03，輸出繞組核算電壓為188.6V。

改造后變壓器一次電壓為380V，一次繞組匝數(shù)57匝，二次繞組匝數(shù)49匝，二次電壓為188.6V。輸出電壓在允許范圍（188.6/187=1.0086）。

（五）繞組尺寸

與原變壓器一樣，輸入繞組為內(nèi)繞組，輸出繞組為外繞組。內(nèi)繞組對(duì)地絕緣采用δ=1.0mm鋼紙板1層。其中，在繞制線圈時(shí)，內(nèi)繞組內(nèi)徑附加1層δ=0.5mm鋼紙板，以保護(hù)變壓器繞組在套裝鐵心時(shí)不受損傷（隨繞組一同浸漆）。內(nèi)、外繞組之間采用δ=5mm撐條作為油道。依據(jù)計(jì)算并考慮繞制裕度，確定如下。

1）內(nèi)繞組內(nèi)徑為150mm，內(nèi)繞組有效高度為393mm、總高度為435mm，內(nèi)繞組外徑為193mm。繞制時(shí)，每層導(dǎo)線在9.5匝處進(jìn)行換位，繞組層間絕緣采用δ=0.12mm電纜紙2層，繞組端部采用δ=1.0mm鋼紙板制成的帶邊條作為端絕緣。

2）外繞組內(nèi)徑為203mm，外繞組有效高度為378mm、總高度為435mm，外繞組外徑為243mm。繞制時(shí)，外繞組共繞3層，其中第1至第2層每層繞17匝，第3層繞15匝，繞組層間絕緣采用δ=0.12mm電纜紙2層，繞組端部采用δ=1.0mm鋼紙板制成的帶邊條作為端絕緣。

（六）鐵芯窗口

（1）窗口高度：445mm；繞組高度：435mm（可行）。（2）相鄰兩相繞組外徑之間的距離a：a=M-D2外=270-243=27（mm）>1mm（可行），式中M—鐵芯柱中心距。

（七）繞組銅重

（1）內(nèi)繞組（輸入繞組）

繞組內(nèi)徑（不帶絕緣）：150+0.5×2=151（mm）；繞組外徑：192.16mm≈192.5mm；繞組平均直徑：D1均=151+（192.5-151）/2=151+20.75=171.75（mm）；繞組平均匝長(zhǎng)：L1均=π×D1均=3.14×171.75=539.295（mm）；繞組導(dǎo)線總長(zhǎng)：L1二L1均×N1=539.295×57=30739.815（mm）；繞組銅重：G1=8.9L1S×10-3=8.9×3073.9815×1.032×10-3≈28.3（Kg）；三相繞組凈銅重：28.3x3=84.9（Kg）?？紤]到繞組的出線長(zhǎng)度及銅線損耗，在凈銅重的基礎(chǔ)上加上6%的余量，因此，內(nèi)繞組加工銅線重量為：G1/=84.9×1.06≈89.994（Kg），取G1/=90Kg（注：每公斤單根銅線長(zhǎng)度為4.35米）。

（2）外繞組（輸出繞組）

繞組內(nèi)徑：192.5+5×2=202.5（mm）；繞組外徑：242.24mm≈242.5mm；繞組平均直徑：D2均=202.5+（242.5-202.5）/2=202.5+20=222.5（mm）；繞組平均匝長(zhǎng)：L2均=π×D2均=3.14×222.5=698.65（mm）；繞組導(dǎo)線總長(zhǎng)：L2=L2均×N2=698.65×49=34233.85（mm）；繞組銅重G2=8.9L2S×10-3=8.9x3423.385×1.032×10-3=31.45（Kg）；三相繞組凈銅重：31.45×3=94.35（Kg）?？紤]到繞組的出線長(zhǎng)度及銅線損耗，在凈銅重的基礎(chǔ)上加上6%的余量，因此，外繞組加工銅線重量為：G2/=94.35×1.06=100.01（Kg），取G2/=100Kg（注：每公斤單根銅線長(zhǎng)度為4.35米）。該變壓器已完成鋁改銅改造性大修工作，經(jīng)過(guò)半成品、成品試驗(yàn)，所有電氣參數(shù)全部合格，該變壓器現(xiàn)已投入運(yùn)行。通過(guò)鋁改銅改造性大修，不僅縮短了變壓器的檢修時(shí)間，而且降低了變壓器自身的能耗。

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