变压器线圈工艺改进对运行的影响

夏云永

（国网上海市电力公司检修公司，上海 200063）

0 引言

当前，我国生产的电力变压器，基本上只有一种结构形式，即芯式变压器，绕组也都是采用同心绕组。一般情况下，总是将低压绕组放在里面靠近铁芯处，将高压绕组放在外面。高电压、大容量变压器一般采用纠结式绕组，这项绕组技术在近期已经发展比较成熟，但以前相对较落后的工艺给设备的安全稳定运行带来很多隐患，本文将从一个实例入手着重分析绕组工艺的改进对设备性能提升带来的影响。

1 变压器发现故障

某日公司变电检修中心在进行某变电站500kV变压器油样色谱分析试验的过程中，发现A相总烃为192uL/L（标准为150 uL/L），B相总烃为130.1 uL/L，并有上升趋势。于是跟踪主变油色谱，根据每日油样检测情况分析，A，B两相总烃呈上升趋势，尤其以A相上升趋势比较明显，达5%/日，因乙炔含量几乎没有，可排除内部放电，判断为变压器内部局部高温过热引起，需要尽快对A，B相停电进行检查。

变压器停电后，对变压器的ABC三相进行了常规实验，并进行了钻芯检查，排除一系列可能存在的问题后，对变压器分别测量上下串联绕组直流电阻，测到结果显示：B相下半部比上半部直阻大12.5mΩ（5.6%）。从测量得出初步结论，高压线圈存在虚焊可能。将B相运至车间进行内部断股检查，检查发现线圈下部有一处焊点断线，断线处绝缘纸已发黑并爆开；同样检查A相，发现类似的问题。由于现场不具备进一步解体检查条件，决定返厂进行解体检查。

2 故障原因调查

在厂家车间，对变压器线圈进行处理。A相，经过拆围屏，排查线圈，检测到一个故障点，此故障点位于线圈低端，角环内部。可以明显地看到烧焦痕迹，角环上有对应的黑点，有明显的放电迹象，拆掉角环，完全拆除绝缘纸后，发现焊口已经完全断开，并有烧灼发黑痕迹。同样，对B相进行相同的处理，在低端类似位置发现类似的故障点，拆除绝缘纸后，发现焊接处已经断裂。具体如图1所示。

图1 A，B相高压线圈故障点图

通过线圈解体，我们初步分析，原因可以分为内因和外因。

内因：焊接质量不合格，焊接的时候质量没达标，焊头没焊透，焊接处焊料不够充足。同时检查其他焊接处，发现部分焊接处也存在焊接不足现象，焊接表面有坑坑洼洼。总之，焊接质量有问题，这是造成故障的主要原因。

外因：短路外力的冲击，变压器承受短路电流冲击，会造成局部电流过大，从而使温度极具升高，造成焊料熔解，形成断裂，产生放电。经厂家介绍，此次采用的焊料的熔化温度在640~800℃之间，因此局部温度已经达到这个温度。

内外因相互作用，恶性循环，最终导致焊接点完全断裂。故障发现得很及时，如果继续运行，很有可能造成主绝缘击穿，产生比较严重的后果。

3 原线圈绕制工艺及问题

分析线圈状况，此变压器原高压线圈为全纠结式。全纠结式绕组是特殊的绕制方法，能够使几何相邻线匝具有较大的电气位置，此时在电容不变情况下增大了匝间电容所储藏的电荷和能量，从而等值地增加了匝间电容，改善了起始电压分布，改善了冲击梯度。

该线圈是中部进线、上下并联的结构。根据线圈磁力线的分布状况，该线圈采用了2种规格的导线，在上下端部，由于轴向磁力较大，所以采用轴向2根并联的组合导线（TPU），总共16段（上部末端和下部末端各8段），TPU导线规格为2×4.20×6.60mm，俗称方线；在中间主体位置，幅向作用的磁力较大，所以采用幅向2根并联的组合导线（TP），总共120段（上下半部各60段），TP导线规格为2×2.0×13.0mm，俗称扁线。在具体的绕组过程中，由10根组合导线并联绕制，做插花纠结，在导线接头处采用高频钎焊。

整个线圈绕制过程中，由于采用全纠结式绕组，需要出现3种类型的焊接点：方线与方线连接，方线与扁线连接，扁线与扁线连接点。如图2所示，左边的为方线与方线焊接点，右边为扁线与扁线焊接点。

图2 线圈的不同焊接点

这次故障点出在方线与方线焊接点处，相同的焊接工艺和方法，为什么会现在在方线与方线的焊接点，而没有出现在另外两种焊接点处呢？通过分析主要有3方面原因：（1）焊接质量及质量控制系统不过关，质量监控不严格；（2）方线间的焊接点相对焊料要多，焊接难度要相对较大；（3）由于方线连接点位于线圈的顶端和低端，特别由于厂方工位设计的原因，导致在焊接下端绕组时，操作困难，增加了出现问题的隐患。

针对第1方面，焊接质量控制系统不健全，首先要提高操作工人的焊接质量，同时增强在控制质量方面的监管，采用更加高效的方法确保焊接质量的合格，从而使焊接能更加符合标准要求。对于第2，3方面，方线间的焊接点相对操作困难，并且在线圈下端焊接工位相对操作困难的部位，恰恰全部是方线焊接点，在困难的基础上再加上困难，增加了出现焊接质量问题的隐患，如何能采用另外一种方法，能最大程度地减少焊接点，排除出现问题的可能性，这是需要考虑的问题。基于此，本文提出新的绕组工艺，在焊接工艺及焊料不变的情况下，能大大提高绕组的绕制质量，在不改变电气性能的基础上，加强绕组的机械强度，进一步降低出现缺陷的风险，确保变压器更加安全。

4 新线圈绕制的对比

通过对比分析，提出采用纠结连续式绕制方式，取代原来的全纠结式绕制方式。原来的全纠结绕制方式，也就是对整体线圈全部采用纠结式绕制，它的缺点比较明显，就是由于焊点较多，在线圈机械强度的保证方面略显不足。新采用的连续纠结式，将部分线圈进行连续式绕制，其余部分线圈进行纠结式绕制，将连续绕制和纠结绕制有机结合起来，组成连续纠结式。

连续纠结式采用另外的组合导线，代替原来的方线和扁线。首先，在连续段采用组合换位导线，代替原来的组合导线，如图3所示为组合换位导线，所谓组合换位导线是指以一定根数（奇数）漆包线扁铜线组合成宽面相互接触的两列，按要求在两列漆包铜扁线的上面和下面沿窄面做同一转向的换位，并用电工绝缘带作多层连续紧密包绕组成的导线，用于制造高电压、大容量变压器。组合换位导线经过连续式绕制后，是没有焊接头的，这样就大大减少了焊接头的数量，起到非常明显的效果。在新线圈中，连续段总有68段（上部末端和下部末端各34段），导线规格为13×1.37×6.95mm，为13根导线换位。其次，在纠结段，采用另一种尺寸规格的幅相2根并联组合导线，共有56段（上下部各有28段），规格为2×2.38×12.9mm。

图3 新线圈采用的组合换位导线

采用新线圈绕组后，相比较有以下方面优点：

（1）原线圈采用全纠结，导线接头较多，由于焊接全部采用人工操作，操作标准无法统一，不可避免会出现焊接质量问题，从而会对变压器的机械强度带来隐患。采用新绕组后，大大减少了焊接点，组合换位导线没有焊接点，它与新的组合导线的焊接点也仅有1处，并且这处焊接点在焊接时采用铜套焊接，大大增加了机械强度。

（2）采用组合换位导线，有这种导线自身的优点，它的优点是使绕组中导线的附加损耗减少到最低的程度，而原先采用的组合导线没有这方面的优点，使附加损耗减少，也就大大加强了变压器的工作效率。

（3）在新线圈中，中部的组合导线依然会有焊接，但这种焊接是处于非常良好的工位展开，对提高工人的工作质量和效率有很大的帮助，也从另外一个侧面降低了线圈出现焊接质量缺陷的可能。

5 总结

本文通过对一台大容量变压器出现线圈缺陷实例的分析，找出产生这种缺陷的内在和外在的根本原因，在此基础上，寻找到另外一种线圈的绕制方法，通过新旧线圈的对比，发现新绕制线圈在某些方面的优点，从而为变压器的更加可靠运行提供保障。