王艷峰

（中山ABB變壓器有限公司，廣東 中山 528449）

0 引 言

隨著我國經濟的快速發(fā)展，很多領域都有著長足的發(fā)展和壯大，這種情況下很多行業(yè)領域對于電力的需求更為巨大，因此需要加強電力行業(yè)各項設備的研發(fā)和完善。變壓器線圈在電力行業(yè)當中具有十分重要的作用，通過改進變壓器線圈能夠進一步提高變配電和發(fā)電等環(huán)節(jié)的效果。當前，變壓器線圈的種類較多，通?？梢苑譃閷邮骄€圈、螺旋式線圈、連續(xù)式線圈、插入電容屏蔽式線圈（簡稱內屏式線圈）以及糾結式線圈等。而本文將主要針對插入電容屏蔽式線圈進行分析和研究。

1 變壓器線圈

1.1 線圈的類型

線圈又叫做繞組，是變壓器設備中最為重要的構成部分之一，是變壓器設備的電路部件，負責在變壓器中進行電流的傳遞和轉化。線圈的制造相對復雜，通常利用銅制或者鋁制材料經過纏繞制造，這些金屬材料的導電性能良好，能夠在工作的過程中保證良好的電流量[1]。同時根據變壓器使用方式的差異，線圈導線的選擇也有所不同，如果變壓器使用環(huán)境屬于低額定電流時，通常會選擇圓形導線，而如果額定電流水平長時間處于較高水平下，則需要選擇扁平狀的導線[2]。此外，根據變壓器設備的電壓情況及線圈纏繞方式的差異，導線外皮材料也會有所不同，當中較為常用的導線外層形式包括漆包層、紙包以及玻璃絲包等，而導線材料的外層會選擇絕緣材料。

1.2 常見線圈結構

當前在變壓器線圈的設計中主要使用層式結構和餅式結構，這兩種線圈結構都有其各自特點。層式結構主要是將線圈進行逐層的繞制，每層都需要繞制成筒狀結構，并通過多個筒狀結構的線餅以同心方式進行排列組合而成。其中多層和雙層的線圈制造結構較為簡單，層式的線圈相對容易繞制，因此制造流程較為快捷。在35 kV以下等級的變壓器設備中應用較為廣泛[3]。4層的線圈主要在400 V的低壓變壓器中進行使用。餅式線圈通常使用扁線，將線段繞制成為餅狀具有良好的散熱性和較高的機械強度，可以在很多變壓器設備中應用[4]。餅式線圈根據種類的不同又分為糾結式、屏蔽式以及連續(xù)式等，此外交錯式線圈和“8”字式線圈等較為特殊的變壓器線圈繞制方式也都屬于餅式線圈。

2 插入電容屏蔽式線圈

2.1 插入電容屏蔽式線圈的概念

屏蔽線是線圈當中十分重要的部分，通常會直接插入線圈外徑位置的導線中，其在工作過程中的起始狀態(tài)為懸浮，同時根據線圈端部場強的具體狀態(tài)而決定其具體的放置位置。在制造過程中為了提高屏蔽線和工作導線之間能夠有足夠的電容量，不能在工作線和屏蔽線當中安裝紙墊條等材料，但這種情況下會影響屏蔽線的松緊調節(jié)效果，增加了屏蔽線松緊調節(jié)的難度[5]。因此，在實際的制造過程中需要針對插入電容屏蔽式線圈的結構進行優(yōu)化和改進。

2.2 插入電容屏蔽式線圈的結構

插入電容屏蔽式線圈屬于連續(xù)式的變壓器線圈，是一種相對特殊的變壓器線圈。這種線圈結構是在線餅外側位置的匝間置入一個可以提高縱向電容量的導線，而這根導線在運轉過程中并不會流通線圈中的工作電流。導線的交換位置和糾結式線圈有一定的相似性，區(qū)別在于插入電容屏蔽式線圈中的導線并沒有設計底位及連位。此外繞制方法和糾結式線圈相近，在不同的線餅之間進行屏蔽線連接時，可以剪斷屏蔽線并進行焊接，同時也能夠在使用前預留一部分屏蔽線作為下一個線餅的屏蔽線。

插入電容屏蔽式線圈是一種應用較為廣泛的線圈類型，在高壓環(huán)境甚至超高壓水平下使用都可以保證電容量。該線圈結構能夠輕易進行匝間線圈電容量的調節(jié)，保證線圈在大量電流的沖擊下形成相對穩(wěn)定安全的電壓分布狀態(tài)[6]。同時，插入電容屏蔽式線圈中的屏蔽線能夠增加電容量，但是卻不使用工作電流，這種繞制方式能夠為所有的屏蔽線提供自己單獨的電位，相比其他線圈類型更具優(yōu)勢。此外，屏蔽線在繞制的過程中可以進行整數匝設計，也可以根據實際需求進行分數匝設計，為了提高工作線和屏蔽線之間的電容量，屏蔽線的前端位置需要有導體作為起頭，采用絕緣材料進行包扎，避免尖角和毛刺。插入電容屏蔽式線圈的具體結構如圖1和圖2所示。

圖1 屏蔽線圈在并聯線間

圖2 屏蔽線圈在匝間

3 插入電容屏蔽式線圈的繞制方式

3.1 “1+1”兩段式屏蔽繞制

“1+1”兩段式屏蔽繞制是當前插入電容屏蔽式線圈中較為常見的繞制方式之一，其具體繞制方式如圖3所示。

圖3 “1+1”兩段式屏蔽繞制方式

在這種繞制方式中，所謂的“1+1”是指一根屏蔽線和一條工作線。在繞制過程中主要包括以下幾種方法。第一，反段繞制。這一段的繞制主要是將屏蔽線置入工作線的內徑當中，再將兩個線進行并繞。通常是繞制3次后，在將下方的屏蔽線剪斷，剪斷的位置需要處于工作線S彎位置兩個撐條之前，再將屏蔽線的前端用絕緣材料包扎，最后使用皺紋紙將屏蔽線固定到工作線上。而工作線需要再進行纏繞1匝，并將換位進行彎折，將臨時線段翻疊之后形成反段。整個反段當中，外徑一面是工作線，而內徑位置為屏蔽線[7]。第二，正段繞制。工作線在底位進行轉換后，繞制1匝，而屏蔽線需要放在工作線的內徑位置。屏蔽線的前端需要和反段上的屏蔽線前端進行繞制。按照3個撐條的距離進行并繞，繞制匝數為3匝。同樣，外徑位置為工作線，內徑位置為屏蔽線。第三，屏蔽線連接。屏蔽線的連接需要按照固定的方法進行，在換位點將反段位置上的屏蔽線換位S彎進行彎折，并將其連接到正段當中，和正段的屏蔽線進行焊接固定，進行焊接的位置需要處于工作線的下方。第四，如果使用立體繞制方法，屏蔽線可以選擇單獨進行繞制，不和工作線進行并繞。在繞制時預留出一段屏蔽線，保證其具有一定長度。在反段和正段繞制完成后，將屏蔽線置入工作線的匝間當中，這種繞制方法可以不用進行焊接，但是只能在屏蔽線匝數為1匝時使用，如果匝數超過兩匝，則需要使用并繞的方式，防止屏蔽線和工作線之間的松緊程度無法控制。在線段匝數不同時，其繞制方式可以以此類推。

3.2 “2+1”兩段匝間繞制

“2+1”兩段匝間的繞制方式如圖4所示，繞制過程中主要包括以下幾種方法。

圖4 “2+1”兩段匝間繞制方式

第一，反段繞制。將屏蔽線放置在兩個工作線內徑中，將3根線進行并繞兩匝，再將內側的屏蔽線剪斷，而工作線繼續(xù)繞1匝并將換位進行彎折，作為臨時線段。在完成反段線繞制后，外側為兩個工作線，內側為屏蔽線。第二，正段繞制。在工作線底位換置后，將其繞制1匝，并將屏蔽線放到工作線的內徑一側，再將屏蔽線的前端和反段位置的屏蔽線前端進行間隔并繞，間隔為3個撐條距離。在繞制后，線餅中外側為兩個工作線，內側為1個屏蔽線[8]。

3.3 “2+1”兩股段間繞制

“2+1”兩股段間繞制在展開后和“2+1”兩段匝間繞制方法相同，但屏蔽線的換位和工作線的換位需要重疊，并需要注意剪斷位置。繞制方法包括反段繞制和正段繞制兩種，反段繞制將屏蔽線放置在兩個工作線內徑當中，將3根線進行并繞兩匝，再將內側的屏蔽線剪斷，工作線繼續(xù)繞1匝并將換位進行彎折，作為臨時線段[9]。在完成反段線繞制后，第一根和第三根導線為工作線，而第二根導線為屏蔽線。正段繞制在工作線底位換置后，將其繞制1匝，并將屏蔽線放到工作線的內徑一側，再將屏蔽線的前端和反段位置的屏蔽線前端進行間隔并繞，間隔為3個撐條距離。

3.4 四段屏蔽線繞制方法

四段屏蔽線繞制方法和兩段屏蔽線繞制方法相類似，但在四段屏蔽線繞制過程中，屏蔽線需要進行4次跨接，并進行3次換位。同時，屏蔽線在外側暴露較長，因此在實際使用時會導致線餅較松，需要在繞制的過程中注意將線餅繞緊，為防止線餅脫落可以將屏蔽線粘貼到工作線上進行固定。

3.5 屏蔽線端頭處理方法

屏蔽線的端頭處理十分重要，在處理的過程中需要注意以下幾點。線餅當中的電容導線端頭需要使用專業(yè)斷線鉗進行剪斷，保證屏蔽線端頭為圓弧形，然后使用挫或者磨砂紙進行打磨修整，保證導線的端頭位置寬度和厚度都能夠成為圓弧形狀，避免出現尖角以及毛刺等情況，修整后用手觸摸時感覺光滑。在處理高壓環(huán)境或者特高壓環(huán)境中的變壓器線圈屏蔽線時，需要保證端頭有半導電紙予以處理，而且半導電紙需要和導體裸露部分有直接接觸[10]。

3.6 連續(xù)段繞制標準

在進行正段線餅和反段線餅的繞制過程中，所有繞制方法都需要對最后的線餅進行拉緊，保證換位的S彎位置不會進入到墊塊列當中。同時，換位位置不能存在剪斷口，一方面需要提高絕緣保護，另一方面需要使用梭型墊片或者角環(huán)進行保護。加強絕緣材料和補包絕緣材料的紙帶部分需要放置在導線之間，不可以暴露在外部，保證從線圈的內徑側和外徑側都無法看到紙帶。在進行線圈起頭和收尾操作時，需要對線圈的首末端出頭位置進行綁扎。綁扎數量需要超過3層，同時綁扎的線餅數量需要超過3。

4 屏蔽線段繞制的要點和難點

4.1 屏蔽線繞制的要點

第一，反餅線段繞制要點。需要保證屏蔽線位置處于所有工作線的下方，如果是股間屏蔽線繞制需要處于工作線之間，同時屏蔽線和工作線需要進行并繞，保證屏蔽線和工作線的繞制數量符合規(guī)定的匝數。第二，正餅線段繞制要點。進行繞制時，工作線的底位換位后需要將工作線繞到屏蔽線前的匝數，再將屏蔽線放到工作線的下方。同時，屏蔽線端頭和反段屏蔽線的端頭中間需要保證有3個撐條作為間隔。第三，焊接點。焊接工作需要按照規(guī)定在換位位置進行焊接，反段屏蔽線彎折后需要過度到正段中，和正段的屏蔽線進行焊接，焊接點需要位于工作線的下方。

4.2 屏蔽線繞制的難點

屏蔽線在進行反段繞制時需要進行S彎換位，并保證S彎拉緊后正好處于規(guī)定的撐條間隔當中，而由于臨時線段繞制的過程中工作線下方插入了屏蔽線，因此相當于增加了線圈中工作導線的內徑。這種情況導致匝數較多時無法準確地判斷S彎的位置，無法保證線段繞制的一致性。如果匝數靠前則反段拉緊后會力度過強，導致將其他正段線餅一同拉緊，造成屏蔽線出現扭曲的情況。而一旦判斷的匝數位置靠后，則導致拉緊力度太小，造成反段線餅的松緊程度無法有效調節(jié)，進而需要重新進行繞制。

5 結 論

變壓器線圈是一種較為常見的電力設備零件，隨著現代技術的發(fā)展和進步，變壓器線圈也在逐漸進步和創(chuàng)新。插入電容屏蔽式線圈在變壓器線圈種類中的應用較為廣泛，通過分析研究其結構能夠為設備的改進提供更多的幫助。