1、 线圈结构培训课件 线圈组装完毕线圈组装完毕绕制完毕后的线圈绕制完毕后的线圈主要内容1线圈的基础知识2线圈的基本形式3线圈的绕向4线圈的几个基本概念名词5线圈导线的换位6线圈设计的一般规定7线圈的基本计算8线圈图纸的几个重要部分9线圈中基本部件的介绍1.1.线圈的基础知识线圈的基础知识1.1 线圈的概念线圈是变压器变换电压的基本部件，由一组串联的线匝组成，通常是同轴的。线圈通常又被称作绕组，它构成了变压器的电路部分，俗称“变压器的心脏”。变压器的线圈是由电导率较高的铜导线或铝导线绕制而成。变压器的容量、额定电压和使用条件决定了变压器的线圈结构。1.2 变压器绕组的基本要求1.2.1 电场对绕组
2、的影响变压器运行期间，由额定电压形成的电场长期作用在绕组及其绝缘上，绝缘应能承受住这个电压，并保证长期不损伤。在变压器运行中绕组的绝缘还要承受住瞬时的大气过电压、内部过电压（含操作过电压）和长期工作电压。注：大气过电压对绕组的影响更为严重。1）.大气过电压（也叫雷电过电压）大气过电压，顾名思义，就是自然界的过电压，即自然界的雷电，由于雷电一闪即逝，作用的时间很短，仅几至几十微秒，但电压甚高，电流也很大。若雷电直接击在变压器上，变压器就会被立即毁坏。运行中的变压器决不允许直接遭受雷击，所以变电所会采取相应的措施减弱雷电的强度，但就是这遗留的残压作用在变压器的绝缘上也是正常工作电压的若干倍，所以变
3、压器绕组必须具备保证能承受住这种冲击电压的能力。2）.内部过电压内部过电压包括操作过电压和暂态过电压。所谓操作过电压，就是电力系统正常操作中出现的过电压，如空载变压器的投入与切除运行等。这种由操作引起的过电压称为操作过电压，它所带来的影响也大约为额定电压的1.31.5倍，所以变压器绕组也要具备承受内部过电压的绝缘能力。3）.长期工作电压绕组在长期工作电压的作用下，其绝缘不得有局部放电或击穿发生。因此电压较高的绕组的出头及引线直径不得过细，并有一定的绝缘厚度；绕组内、外表面电力线集中的地方，特别是高电压的绕组，往往都有隔板、角环、静电板等。1.2.2 磁场对绕组的影响变压器磁力线的分布有两种，一
4、种是在铁心里面通过的主磁通，另一种是在铁心外面存在的漏磁通。由于漏磁通的存在，将在绕组的导线中以及其他钢铁构件（如夹件、油箱及各种紧固件等）中产生附加损耗。绕组的附加损耗包括导线的涡流损耗和导线的不完全换位损耗。1.2.3 机械强度的要求变压器绕组要求有足够的机械强度。根据电磁原理可知，放在磁场里面的载流导体，在电流和磁场的作用下，会产生电动力。电动力的方向用左手定则来判定。而在漏磁场中对通有电流的绕组同样也会产生电动力。变压器正常运行中，铁心中的磁通密度及绕组中的电流均为或接近额定值，绕组产生的电动力不大，但当系统中出现过电压或由于误操作就会使变压器的正常运行状态遭到破坏，另外，变压器受到短
5、路电流的冲击，其电流可为正常额定电流的数倍至数十倍，电动力与短路电流的平方成正比，因此绕组所受到的电动力可为正常运行时的数十至数百倍，甚至更高。1.2.4 绕组的发热与散热变压器的运行期间，铁心、绕组和结构件中要产生损耗。这些损耗都要转变为热量向外部散发，从而引起变压器发热和温度升高。其中绕组应该有足够的耐热强度：一是在长期运行中的热作用下，绕组绝缘的使用寿命应不少于规定的寿命期限；二是变压器在运行条件下，如发生突发短路，绕组应能承受住此短路电流所产生的热作用而无损伤。油浸式电力变压器一般采用A级绝缘材料，目前对油浸式变压器最热点的寿命计算温度一般认为是98，绕组的平均温升为65，绕组的年平均
6、温度为65+20=85，油顶温升为55，而绕组最热点的温升比油顶层温升高23，因此绕组最热点的温升为78，年平均最热点温度为98，恰好符合A级绝缘材料预计运行20年的寿命要求。（注：“六度定则”即温度每升高或降低6，绝缘老化寿命降低一半或提高一倍）2.1 线圈的分类线圈通常分为层式线圈、饼式线圈：层式线圈层式线圈：绕组的线匝沿其轴向依次排列连续绕制而成的称为层式线圈。饼式线圈饼式线圈：绕组的线匝沿其辐向连续绕制而成一饼（段），再由许多饼沿轴向排列组成的绕组称为饼式线圈。2.2.线圈的基本形式线圈的基本形式层式线圈具体可以分为：圆筒式线圈 等饼式线圈具体可以分为：连续式（包括内屏连续式）纠结式螺
7、旋式交错式 等等注：500kV变压器常用的线圈形式主要是圆筒式、连续式（内屏连续式）、纠结连续式、螺旋式 等等立式绕线机立式绕线机卧式绕线机卧式绕线机2.2 线圈各种结构的特点圆筒式线圈具有绕制简便，冲击电压分布好，油道散热效率高等优点，但绝缘件较复杂，端部支撑的稳定性较差，机械强度不如饼式绕组，绕组内部的温差有时较大。尤其是用于高电压的圆筒式绕组、匝数多，绝缘复杂，绕制起来较为困难。螺旋式绕组也有绕制简便的特点，多半用于低电压绕组，也有用于调压绕组的。螺旋式绕组在匝数稍多时，往往因轴向高度不允许而不能采用，故应用上有局限性。连续式绕组能够在很大的范围内适应各种电压和不同容量的要求，机械强度高
8、，工艺性好，但冲击电压分布不好。其导线截面形状、并绕根数对工艺性影响较大。纠结连续式及内屏连续式具有机械强度高、工艺性好的特点，冲击电压分布比连续式稍好。同样，其导线截面形式、并绕根数对工艺性影响也较大。（注：纠结式绕组它具备很大的优点就是冲击电压分布好，机械强度高，缺点是导线焊头较多，绕制起来比较麻烦。）3.3.线圈的绕向线圈的绕向绕组导线缠绕的方向称为绕向。绕组的绕向分为左绕向和右绕向两种。绕组因绕向不同，其中电流方向和由此产生的磁场方向以及当磁场变化时绕组中感应的电动势的方向都不相同，因此，绕向在绕组结构中有重要意义。左绕向是操作者面对绕组从右侧开始向左侧绕制。右绕向是操作者面对绕组从左
9、侧开始向右侧绕制。因此有一个简化的口诀，“右起左绕向；左起右绕向”。（注：变压器绕组多数采用左绕向，因为这种绕向便于操作）4.4.线圈的几个基本概念名词线圈的几个基本概念名词导线穿过铁窗一次（即与铁芯中磁通相交链）称一匝一匝，多匝导线沿线圈辐向排列组成一个线段线段（或线饼线饼），一个线圈可由多个线段组成，段和段靠在一起，亦可用绝缘垫块隔开，其间隔称为段间油道段间油道。沿轴向高度排列的多匝导线叫线层线层。一个线圈可由多个线层组成，层与层之间用电缆纸或撑条或瓦楞纸板分隔开，此间隔称为层间油道层间油道。4.1 正段和反段及向外向内油道正段和反段及向外向内油道一般来讲，对于连续式线圈，从起（首）端数起
10、，奇数段导线从外向里绕进，称为反段；偶数段导线从里向外绕出，称为正段；一个正段和一个反段组成一个单元，称双段单元，单元内油道为向外油道，单元间油道称为向内油道。5 5 线圈导线的换位线圈导线的换位导线换位的目的：当变压器线圈由多根导线并绕或由多根导线组合而成绕制时，为了使导线间电流分配均匀，保证各并联导线电阻相同，并联导线长度必须相等并联导线长度必须相等；为了最大限度的减小各导线间由于漏磁引起的电势差，减小导线间的环流，并联导线在漏磁场中的磁链必须相并联导线在漏磁场中的磁链必须相同同。所以并联导线应该换位。5.1 单根导线并绕螺旋式线圈的换位幅向为单根的多根导线并联螺旋式绕组的并联导线，在每一
11、层中由纵向漏磁感应的电动势均相等，并且导线长度也相等，并联导线间不需再另行换位，已无循环电流。5.2 多根导线并绕螺旋式线圈的换位1）.辐向两根导线并绕的多根导线并联时，在线圈每一层匝数的1/2处进行一次标准换位。换位的结果使里外层导线位置对换，这样并联导线在每一层中由纵向漏磁感应的电动势均相等，并且长度也相等。并联导线间无循环电流，此种换位是完全的。2）.四根导线并绕时，在线圈的1/4、2/4和3/4处进行一次“212”换位。3）.八根导线并绕时，在线圈的1/4、2/4和3/4处进行一次“424”换位。4）.对于12根以上导线并绕的线圈，由于工艺原因不能采用“424”换位方法，采用“242”
12、换位。注意注意：两根导线并绕一次标准换位能够完全；四根导线并绕“212”换位能够完全；八根导线并绕“424”换位能够完全；其他根数导线并绕的螺旋式线圈，采用以上四种换位都是不完全的。但有时线圈容量电流较小，环流影响不大时，仍可采取以上换位方法。5.3 连续式（包括纠结式、内屏式）线圈的换位饼式绕组是由若干个线饼组成的。现以两根线并绕的绕组为例来说明绕组中的换位。对于第一个线饼过渡到第二个线饼的换位，因它处在绕组的内径侧，故称为“内部换位”，即“底位”。而第二个线饼过渡到第三个线饼时的换位，因它处在绕组的外径侧，则称为“外部换位”。一般情况下，“外部换位”的规律是“先换上，后换下”而“内部换位”
13、的规律则和前者相反，是“先换下，后换上”，如下图，这种做法可以在换位处不发生爬坡现象。注：换位处由于导线经过一定的弯折，所以要对它的绝缘做一些加强。避免此处线圈幅向高线。）6.6.线圈设计的一般规定线圈设计的一般规定6.1线圈导线的标注形式（导线线规的计算方法）6.1.1纸包铜扁线 K表材料栏中的标注形式：ab纸包铜扁线 （R）或（BY）ZB纸包铜扁线；t导线绝缘（两边）厚度，mm；a裸铜线的厚度，mm；b 裸铜线的宽度，mm；At包绝缘后的导线总厚度，mm，；Bt包绝缘后的导线总宽度，mm，；R软状态；BY半硬状态。tttBAbaZBtZB6.1.2组合导线K表材料栏中的标注形式：ab（n）
14、组合导线 ZB-0.3/t（R）或（BY）ab（n）组合导线 ZB-0/t（R）或（BY）ZB纸包铜扁线；t导线绝缘（两边）厚度，mm；n组合导线的组合根数；a裸铜线的厚度，mm；b裸铜线的宽度，mm；At包绝缘后的导线总厚度，mm，At（a+1）n1+t1单根导线（两边）绝缘厚度，mm，一般取 10.4，裸组合时 10Bt包绝缘后的导线总宽度，mm，Btb+tR软状态；BY半硬状态。tttBAbanZB)(6.1.3换位导线 自粘性换位导线 K表材料栏中的标注形式：ab（n）换位导线 HQQ t（R）或（BY）ab（n）换位导线 HQQN t（R）或（BY）HQQ缩醛漆包铜扁线的换位导线；H
15、QQN自粘性缩醛漆包铜扁线的换位导线；t导线绝缘（两边）厚度，mm；n换位漆包扁铜线的根数；a裸铜线的厚度，mm；b裸铜线的宽度，mm；At包绝缘后的导线总厚度，mm，At（a+Ka）（n1）/2+t Bt包绝缘后的导线总宽度，mm，Bt 2（b+Kb）+Cz+t Ka单根漆包铜扁线径向（窄边）的两边标称漆膜厚度及制造偏差的修正系数，普通换位导线Ka0.16，自粘性换位导线 Ka0.19Kb单根漆包铜扁线轴向（宽边）的两边标称漆膜厚度及制造偏差的修正系数，普通换位导线 Kb0.17，自粘性换位导线 Kb0.2tttnBAbaHQQ)(tttnBAbaHQQN)(Cz中间衬纸厚度，mm；当（a+
16、Ka）（n1）/2（a+Ka）10时，Cz0当（a+Ka）（n1）/2（a+Ka）10时，Cz0.13R软状态；BY半硬状态。6.2 导线换位“S”弯的最小间距导线换位需要一定的距离，即两撑条的间距（按导线内径计算）减去垫块宽后的距离需要满足导线换位所需要的间距，若达不到换位所需要的间距，则需跨撑条换位。下图为导线换位示意图。图中L=d/n BjL净档距，mm；d导线内径，mm；n线圈的撑条数；Bj线圈的垫块宽度，mm。THANK YOUSUCCESS2023-5-22可编辑6.2.1纸包铜扁线和组合导线“S”弯的最小间距 纸包铜扁线和组合导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系见下图。L净档距
17、，mm；Bt包完绝缘后的导线宽度，mm纸包铜扁线和组合导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系曲线图6.2.2 换位导线“S”弯的最小间距 换位导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系见下图。L净档距，mm；Bt包完绝缘后的导线宽度，mm 换位导线“S”弯的最小间距与导线宽度的关系曲线图 7.7.线圈的基本计算线圈的基本计算7.1匝电势的计算：et=U/W=4.44fBSet 线圈匝电势U低压线圈相电压W低压线圈匝数f频率B磁通密度S铁心截面积7.2电压比偏差的计算V(etWU)/U100V 电压比偏差百分数et 线圈匝电势W每相线圈匝数U线圈相电压（此值应小于等于0.25）7.37.3线圈导线总
18、截面积的计算线圈导线总截面积的计算SzmnnSSz线圈导线总截面积m 导线沿线圈径向的并联根数n 导线沿线圈轴向的并联根数n 每根组合导线或换位导线内的单根数S 单根导线的截面积7.47.4线圈电流密度的计算线圈电流密度的计算JI/SzJ线圈导线电流密度I 线圈电流（一般为额定相电流）Sz线圈导线总截面积7.5线圈尺寸的基本计算7.5.1线圈辐向尺寸的计算B=k(A+0.05)mW+(Ap+0.05)Wp+Bc+ByA包绝缘后的导线厚度，计算时加0.05裕度m导线沿径向的并联根数W每饼线段的匝数，分数匝进为整数匝Ap包绝缘后的屏线厚度，计算时加0.05裕度Wp每饼线段屏线的匝数Bc线段中垫纸垫
19、条的厚度By线段中的轴向油道厚度k饼式线圈辐向裕度系数7.5.2线圈轴向尺寸的计算H=(B+0.05)n+hn(1kd)（+0.05）n kzB包绝缘后的导线宽度，计算时加0.05裕度n线圈每种线宽对应的轴向导线根数h段间油道高度n段间每种油道高度对应的油道数，n n1kd段间油道 压缩系数导线绝缘（两边）厚度kz导线绝缘压缩系数，一般kz0.1。7.6电抗高度的计算7.6.1连续式、内屏连续式、纠结连续式线圈电抗高度即为线圈高度。7.6.2螺旋式线圈的电抗高度HkHq(B+0.05)(+0.05)kz nh(1 kd)Hq 线圈轴向高度B包绝缘后的导线宽度，计算时加0.05裕度导线绝缘（两边
20、）厚度kz导线绝缘压缩系数，一般kz0.1。n线圈出头一匝的轴向导线根数h 线圈出头一匝内段间油道高度的总和kd 段间油道绝缘压缩系数7.7线圈压紧力的计算：F=9.8PnAjBj10-5F线圈压紧力,kN P每平方厘米的压紧力，kg/cm2，一般取P=30 kg/cm2n线圈的撑条数 Aj线圈的幅向尺寸，mm Bj线圈的垫块宽度，mm 8.8.线圈图纸的几个重要部分线圈图纸的几个重要部分8.1 技术要求技术要求是整个线圈图纸中的概况要求和一些特殊的要求说明，其中包括：线圈的形式，绕向，屏蔽形式，出头的长度，净压力，吊重等等。8.2 线圈出头示意图线圈出头示意图诠释线圈各相出头的位置以及线圈内
21、外层绝缘的内外径尺寸，如下例图：从图中可看出A相线圈A出头在32号撑条和1号撑条之间引出，Ak出头在29号撑条和30号撑条之间引出，B、C相类同推出。8.3 线圈压装示意图线圈压装示意图体现出线圈的轴向高度以及线圈内外油道和上下端绝缘的尺寸。如下例图：线圈高度1680，内外的油道尺寸为5，7和8，上下端绝缘的厚度是26和24。8.4 线圈数据表的编写线圈数据表是线圈的绕制依据，是线圈图纸中尤为重要的一项，其中包括：线圈的额定电压、额定电流、额定容量、线圈的段数、总匝数、绕制线圈的导线规格、线圈的内外径以及各段线圈的绕制匝数等等。8.5 线圈展开图线圈展开图是线圈图纸的主要组成部分，其中包括线圈
22、的绕制形式，段间油道的分布（含挡油板的分布），各段分数匝的换位位置，各相线圈的出头位置等等。9.9.线圈中基本部件的介绍线圈中基本部件的介绍9.1 绝缘筒绝缘筒按用途分为：线圈内径侧用骨架绝缘筒；调压线圈用支撑绝缘筒；双层式线圈用层间绝缘筒等等。绝缘筒的作用：绝缘筒既作为绕组的支撑骨架，又作为绕组主绝缘的一部分，所以它必须有足够的机械强度和耐电压强度。（注：设计绝缘筒的尺寸时，应考虑一定的裕度，因其吸湿性会影响直径的变化）9.2 上下端圈线圈的上下端绝缘大体上分为两大类，一种是平端圈，另一种是斜端圈。线圈上下端圈的作用：端圈用来填平线圈的端面，提高绕组端部的机械稳定性，同时又是绕组端部主绝缘的
23、一部分。平端圈一般用于连续式（纠结连续式、内屏连续式）线圈，斜端圈一般用于圆筒式和螺旋式。9.3 线圈静电板静电板的作用是使绕组的端部电场分布均匀，避免绕组在最大冲击电压下被击穿。静电板除了能改善端部电场，使主绝缘距离有所减小外，还对第一个线饼（特别是连续式绕组）的匝间电位分布有很大的改善。9.4 撑条圆筒式绕组中撑条既是层间的绝缘，又是油冷却绕组的油道。在饼式线圈中，撑条用作绕组内部支撑和形成内部轴向冷却油道。撑条穿上垫块后，可以保证垫块内部整齐。9.5 角环我公司的线圈角环现有两种，0.5小瓦楞纸板T1压弯而成的瓦楞角环和1mm硫酸盐纸浆制成的窄边角环。线圈的角环能延长高压与低压绕组的爬电
24、途径，可防止绕组之间或线段之间的爬电，同时也改善了绕组端部的电场分布9.6 垫块线圈的垫块大体分为基本垫块和组合垫块。在绕制绕组中它们的作用都是形成线段间辐向冷却油道和段间绝缘。绕组的线匝是依靠垫块传递轴向压紧力来压紧的，因此垫块要有一定的抗压强度，可压缩性越小越好，但是应有一定的弹性。9.7 挡油板和轴向油道当自冷结构时线圈的幅向大于90mm时，线圈要用轴向油道来导油，当线圈幅向小于90mm时，线圈中要用挡油板来导油，当强油不导向结构时线圈的幅向大于120mm时用轴向油道，小于则用挡油板。当强油导向结构时，线圈幅向大于200mm时，线圈用轴向油道，小于则用挡油板。线圈中的挡油板可分为两大类，幅向全挡油和幅向半挡油。轴向油道和挡油板的作用就是疏通油路，导向油路的运行轨迹，进而达到绕组充分散热的要求。9.8 楔形垫线圈中导线换位时，当导线的幅向尺寸较大时，就需要用楔形段来顶起导线，促成导线的换位成功。注：线圈整体图纸的预览（下图）注：线圈整体图纸的预览（下图）THANK YOUSUCCESS2023-5-22可编辑
