CN103956256B - 一种变压器绕组布置结构 - Google Patents

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Abstract

本发明特别涉及一种变压器绕组布置结构。该变压器绕组在器身中的相对位置，包括铁心，铁心外从内至外依次设置调压绕组、内绕组、外绕组、油箱；该变压器内、外绕组的相对高度差值△H满足：0<△H≤‑，且内绕组电抗高度高于外绕组电抗高度。本发明所公开的这种能均衡绕组温升、短路机械力的变压器绕组相对高度设计方法，是优化绕组结构设计、节约成本、提高产品可靠性和安全性及保证产品寿命周期的有效措施之一。适用在35kV及以上交流电力变压器和换流变压器绕组结构设计上的应用。

Description

一种变压器绕组布置结构
（一）技术领域
本发明涉及一对变压器绕组布置结构，特别涉及一种内绕组电抗高度高、外绕组电抗高度低的变压器绕组布置结构。
（二）背景技术
现阶段，随着高压、超高压、大容量交直流输电***的发展，电力用户对变压器的可靠性及使用寿命提出了更高的要求；需对变压器涡流损耗和短路电动力进行定量分析计算，实现每只绕组上热点温升和短路电动力的均衡，是变压器优化设计、质量可靠的基础。
在过去,变压器设计时对其涡流损耗和短路电动力的计算常常是基于经验公式。众所周知，该经验公式是基于一定的假设和等效下推导出来的；更重要的是它忽略了变压器铁心主柱、旁柱、拉板、夹件腹板、夹件肢板、肢板磁分路、拉带、铁轭、箱体等边界条件对变压器绕组端部漏磁通的影响。同时缺乏绕组热点温升和短路电动力辅助设计验证或测量的工具，只有变压器整个绕组温升高、烧坏、失稳、机械变形之后才知道变压器绕组结构设计不够合理；此时已形成“亡羊补牢，为时已晚”的格局。给变压器生产厂家在制造、交货、经济性、市场营销等方面带来巨大的影响。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种能均衡绕组温升、短路机械力的变压器绕组布置结构，该变压器绕组布置结构采用了绕组电抗高度不等设计思路，是优化绕组结构设计、节约成本、提高产品可靠性和安全性及保证产品寿命周期的有效措施之一。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种变压器绕组布置结构，包括铁心，铁心外从内至外依次设置调压绕组、内绕组、外绕组、油箱，其特殊之处在于：该变压器内、外绕组的相对高度差值△H满足：0<△H≤-，其绕组电抗高度差值计算公式：
其中，式中：——主空道尺寸，㎜；
——内绕组辐向宽度，㎜；
——外绕组辐向宽度，㎜；
——主空道平均半径，㎜；
——内绕组电抗高度，㎜；
——外绕组电抗高度，㎜；
——铁心外接圆直径，㎜。
本发明的变压器绕组布置结构，铁心的上下两端分别设置夹件腹板，上夹件腹板的下面焊有上肢板，上面设置器身定位装置，上肢板的下表面处设有磁分路，下夹件腹板的上面焊有下肢板，下面安装导油盒，该下肢板的上表面处设置磁分路，上肢板、下肢板与夹件腹板之间均设有加强铁，调压绕组、内绕组、外绕组均位于两磁分路之间。本设计变压器铁心主柱、旁柱、铁轭、拉板、夹件腹板、夹件肢板、肢板磁分路、拉带、箱体等组成了漏磁通的边界条件，这些组部件的材料特性以及其所形成的漏磁通磁路等，是决定变压器绕组端部漏磁通分布规律的主要因素；基于上述影响因素，若内、外绕组电抗高度相等，内绕组端部横向漏磁通较大且磁力线的曲率半径较小，外绕组端部横向漏磁通较小且磁力线的曲率半径较较大，进而使得内绕组端部的涡流损耗和短路电动力较外绕组大。为了解决这一技术难题，利用公司多年来总结的绕组相对电抗高度计算经验公式进行了详细的计算；同时利用MagNet商业磁场分析软件，建立了三维漏磁场模型，对绕组端部漏磁分布规律进行了仿真验证分析。确定了内绕组电抗高度高、外绕组电抗高度低的设计方案，同时结合绕组导线线规尺寸、纸包厚度、纵横向油道尺寸和每饼导线的匝数等；合理地确定了内、外绕组电抗高度差值△H（△H一般控制在0<△H≤（-）之间）。
一种根据上述的变压器绕组布置结构确定内、外绕组的高度差值的方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
（1）首先根据产品具体技术参数，初步设计变压器一对内、外绕组的平均电抗高度；
（2）利用绕组电抗高度差值计算公式，计算出内、外绕组的电抗高度；
（3）利用MagNet商业磁场分析软件，建立了漏磁场三维仿真模型，对绕组端部漏磁分布规律进行了仿真分析；
（4）结合绕组导线线规尺寸、纸包厚度、纵横向油道尺寸和每饼导线的匝数；器身油流分布情况和绕组温升计算结果；短路电动力计算结果；绕组热稳定性计算结果；内绕组失稳校验结果；最终确定了内、外绕组的高度差值△H，△H控制在0<△H≤（-）之间。
本设计涉及一对变压器绕组相对高度的设计，特别涉及一种内绕组电抗高度高、外绕组电抗高度低的器身结构；利用绕组高度的不同所决定的绕组端部不平衡安匝产生的绕组辐向漏磁通，来抑制由于变压器漏磁场边界条件对绕组端部辐向漏磁的影响，最终实现了在每个绕组上产生涡流损耗、短路电动力的均衡；对变压器进一步优化设计具有重要的参考价值。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种能均衡绕组温升、短路机械力的变压器绕组相对高度设计方法，是优化绕组结构设计、节约成本、提高产品可靠性和安全性及保证产品寿命周期的有效措施之一。适用在35kV及以上交流电力变压器和换流变压器绕组结构设计上的应用。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图1为传统变压器绕组相对高度设计图；
附图2为本设计变压器绕组相对高度设计图；
图中：1铁心，2内绕组，3外绕组，4调压绕组，5油箱，6夹件腹板，7上肢板，8下肢板，9磁分路，10加强铁，11导油盒，12器身定位装置。
（五）具体实施方式
附图为本发明的一种具体实施例。该实施例包括铁心1、内绕组2、外绕组3、调压绕组4和油箱5。铁心1外从内至外依次设置调压绕组4、内绕组2、外绕组3、油箱5，该变压器内、外绕组2,3的相对高度差值△H满足：0<△H≤-，其绕组电抗高度差值计算公式：
其中，式中： ——主空道尺寸，㎜；
——内绕组辐向宽度，㎜；
——外绕组辐向宽度，㎜；
——主空道平均半径，㎜；
——内绕组电抗高度，㎜；
——外绕组电抗高度，㎜；
——铁心外接圆直径，㎜。
本发明的变压器绕组布置结构，铁心1的上下两端分别设置夹件腹板6，上夹件腹板6的下面焊有上肢板7，上面设置器身定位装置12，上肢板7的下表面处设有磁分路9，下夹件腹板6的上面焊有下肢板8，下面安装导油盒11，该下肢板8的上表面处设置磁分路9，上肢板7、下肢板8与夹件腹板6之间均设有加强铁10，调压绕组4、内绕组2、外绕组3均位于两磁分路9之间。传统变压器绕组中，内绕组2、外绕组3、调压绕组4高度相同。
本设计变压器铁心1主柱、旁柱、铁轭、拉板、夹件腹板6、夹件肢板、肢板磁分路、拉带、箱体等组成了漏磁通的边界条件，这些组部件的材料特性以及其所形成的漏磁通磁路等，是决定变压器绕组端部漏磁通分布规律的主要因素；基于上述影响因素，若内、外绕组2，3电抗高度相等，内绕组2端部横向漏磁通较大且磁力线的曲率半径较小，外绕组3端部横向漏磁通较小且磁力线的曲率半径较较大，进而使得内绕组2端部的涡流损耗和短路电动力较外绕组大。为了解决这一技术难题，利用公司多年来总结的绕组相对电抗高度计算经验公式进行了详细的计算；同时利用MagNet商业磁场分析软件，建立了三维漏磁场模型，对绕组端部漏磁分布规律进行了仿真验证分析。最终确定了内、外绕组2,3的高度差值△H：其思路为，首先根据产品具体技术参数，初步设计变压器一对绕组的平均电抗高度。其次利用公司绕组电抗高度差值经验计算公式1，计算出内、外绕组的电抗高度。接着利用MagNet商业磁场分析软件，建立漏磁场三维仿真模型，对绕组端部漏磁分布规律进行仿真分析。最后结合绕组导线线规尺寸、纸包厚度、纵横向油道尺寸和每饼导线的匝数；器身油流分布情况和绕组温升计算结果；短路电动力计算结果；绕组热稳定性计算结果；内绕组失稳校验结果；最终确定内、外绕组的高度差值△H（△H一般控制在0<△H≤（-）之间）。
本设计为一对变压器绕组相对高度设计，其有益效果是，提供了一种能均衡绕组温升、短路机械力等的变压器绕组相对高度设计方法，是优化绕组布置结构设计、节约成本、提高产品可靠性和安全性及保证产品寿命周期的有效措施之一。适用在35kV及以上交流电力变压器和换流变压器绕组布置结构设计上的应用。

Claims (2)

1.一种变压器绕组布置结构，包括铁心，铁心外从内至外依次设置调压绕组、内绕组、外绕组、油箱，其特征在于：变压器最终确定的内、外绕组的高度差值△H满足：0<△H≤-，其初步计算获得的内、外绕组的高度差值计算公式：
其中，式中： ——主空道尺寸，㎜；
——内绕组辐向宽度，㎜；
——外绕组辐向宽度，㎜；
——主空道平均半径，㎜；
——内绕组电抗高度，㎜；
——外绕组电抗高度，㎜；
——铁心外接圆直径，㎜，
所述的变压器绕组布置结构，来确定内、外绕组的高度差值的方法，包括以下步骤：
（1）首先根据产品具体技术参数，初步设计变压器一对内、外绕组的平均电抗高度；
（2）利用初步计算获得的内、外绕组的高度差值计算公式，计算出初步计算获得的内、外绕组的高度差值；
（3）利用MagNet商业磁场分析软件，建立了漏磁场三维仿真模型，对绕组端部漏磁分布规律进行了仿真分析；
（4）结合绕组导线线规尺寸、纸包厚度、纵横向油道尺寸和每饼导线的匝数；器身油流分布情况和绕组温升计算结果；短路电动力计算结果；绕组热稳定性计算结果；内绕组失稳校验结果；最终确定了内、外绕组的高度差值△H，△H控制在0<△H≤（-）之间。
2.根据权利要求1所述的变压器绕组布置结构，其特征在于：铁心的上下两端分别设置夹件腹板，上夹件腹板的下面焊有上肢板，上面设置器身定位装置，上肢板的下表面处设有磁分路，下夹件腹板的上面焊有下肢板，下面安装导油盒，该下肢板的上表面处设置磁分路，上肢板、下肢板与夹件腹板之间均设有加强铁，调压绕组、内绕组、外绕组均位于两磁分路之间。
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