变压器用绕组线的发展概况

变压器用绕组线的发展概况 陈惠民 任勇 上海电缆研究所 上海 200093

一、 历史的机遇 我国每年新增发电机容量为50～70MKw左右，与之配套的各类变压器是新增装机容量的10倍以上，即每年新增变压器800MKVA（还不包括维修），即每年需与变压器配套的绕组线至少16万吨，占目前国内绕组线产量的20％以上，而我国生产变压器用绕组线的厂家并不多，这为今后的发展提供了极好的机遇。

二、纸包扁线、漆包扁线的质量有了显著的改进 在近十年内，由于我国裸扁线制造技术的突破，裸铜扁线的质量、特别是表面质量有了提高，这是由于： 1） 我国基本上淘汰了热轧黑铜杆的工艺，普遍采用了无氧铜杆和低氧铜杆。 2） 挤压法生产铜扁线工艺及设备在国内取得成果，成为行业的主导工艺。 3） 对于小截面裸铜扁线采用精轧及模具拉拔工艺，表面质量也大大改善。 4） 纸带绕包机、漆包扁线机也更新换代。 5） 绝缘纸的品种已从过去电话纸、电缆纸品种单一时代发展为多品种时代。 6） 绝缘漆品种已全部能满足配套要求，世界著名漆包线漆公司也落户中国，形成各种品位的产品系列。 7） 产品标准也与IEC同类产品等同。

三、油浸式变压器用绕组线的新品种 1、 半硬铜绕组线 变压器在正常运行时，由于多种原因，会引起各种短路电流，使变压器的绕组承受各种电磁力的冲击，当线圈不断受力变形，形成整个变压器各种故障，甚至击穿，并且随着发电机组越做越大，变压器电压和容量也随之加大，（110Kv、220 Kv、500 Kv、750 Kv直至1000 Kv，容量也达到百万KvA级），处于对电网线路的更加安全，对铜导体的机械强度提出了更高的要求，因为铜导体具有不同的金相结构，其导体抗拉强度、延伸率及导电率也随之不同的特性，所以在软铜导线与硬铜导线之间，产生了一个新的品种——半硬铜导体，它的绕组线就是半硬铜绕组线，目前半硬绕组线还没有相关的产品标准，但在我国的绕组线标准中首先得到统一，半硬程度分为三个等级，具体指标见表1。

表1 半硬铜导体的性能指标

型号 规定非比例延伸强度Rp 0.2 N/mm² 最小伸长率 ％ 20℃时最大电阻率 Ω・mm²/m

C1100＜Rp 0.2≤180 20 1/58.0 180＜Rp 0.2≤200 20 1/57.5 C2200＜Rp 0.2≤220 15 1/57.5

C3220＜Rp 0.2≤260 15 1/57.0 2、 多股绞合导线 在变压器中，绕组和匝间之间，均需要大量的引线，以往采用纸包圆线或变压器制造厂家用手工绕包绝缘的办法，不能满足使用要求，由于变压器电压和容量越来越大，纸绝缘多股绞合导线就形成一个新的品种。 绞合导体截面：（10～500）mm2 纸绝缘厚度（1～10）mm 根据电气强度，由用户选择绝缘纸品种和厚度。 由于变压器引线电流密度较大，在电磁场中产生很强的机械应力，除了装配时对引线严格固定外，还要求引线具有可靠的机械强度和绝缘性能，该产品现已报批为纸包绕组线的第5部分（GB/T 7673.5－××××）。 3、 组合导线 组合导线是由2～12根扁绕组线，整齐地排成一列或两列，再用3层或大于3层的绝缘纸带重叠绕包（多层时还在中间采用间隙绕包）形成外绝缘层，如图1。 组合导线一般用于各种容量等级变压器的中高压线圈中，它有如下几个作用： 1） 减少变压器的损耗，组合导线本身就是一种分割导体，可以减少环流损耗。 2） 减小变压器绕组的外形尺寸，在保证可靠性的前提下，减小绕组线圈外形尺寸。 3） 增强绕组线圈的刚性。 组合导线目前已大量用于油浸式变压器中，可根据需要选择铜导体种类，如不同规定非比例延伸强度RP0.2的半硬铜线，也可用铝合金导体，可按需要选择绝缘纸和绝缘厚度。

该产品也已完成国家标准的制定（GB/T 7673.4－××××），以上两个标准也是国际上第一个国家标准。

其中 H —— 组合导线高度，mm；

W —— 组合导线宽度，mm；

A —— 扁绕组线窄边尺寸，mm；

B —— 扁绕组线宽边尺寸，mm；

a —— 扁绕组线导体窄边标称尺寸，mm；

b —— 扁绕组线导体宽边标称尺寸，mm；

δ —— 扁绕组线绝缘层（两侧）标称厚度，mm；

Δ —— 组合导线纸绝缘层（两侧）标称厚度，mm；

图1 组合导线 组合导线还可用于干式变压器，即具有不同温度指数的耐热性组合导线，把漆包扁线、薄膜绕包线组合，再用芳香族聚酰胺纸或薄膜带绕包成外绝缘，可延伸出不少产品，还可用于耐高温油浸式变压器中，该产品系列已在申请国家专利。 4、 换位导线 换位导线又名CTC，它是由一定根数的漆包扁线组合成宽面相互接触的两列，按要求在两列漆包扁线的上下两面沿窄边作同一转向的换位，再用电工绝缘纸、绳或带作连续绕包的绕组线，其截面图如图2。

图2 换位导线截面图 图2

图2换位导线截面图

换位导线的根数为（5～83）根，常用的为（7～63）根，常用漆包扁线铜导体的规定非比例延伸强度（RP0.2）在（90～220）N/mm2，所以大部分采用半硬铜导体，换位导线最大

外形尺寸W×H为28mm×80mm，高宽比H/W≤6，换位导线的换位节距S：应保证每绕一圈线圈n根漆包扁线至少应换位一次，即nS≤ПDmin，Dmin为线圈最小直径（即铁芯尺寸），

所以S一般控制在8b≤S≤18b范围内，b为漆包扁线宽边导体尺寸。 根据用户设计的工作场强，决定绝缘纸的厚度和层数，由此推定所需绝缘厚度。 从上述结构特征可知：换位导线实际上是一种绞线的特殊形式，所不同的是参与绞合的导线是一种扁线，采用换位的方式达到绞合的目的。 换位导线的最大特点是能降低变压器的损耗，由于多股分割的导体加上换位，大大降低绕组的涡流损耗和环流损耗，能降低绕组热点的温升，使整个绕组温度分布更为均匀，与相同根数其他绕组线相比，CTC有更高的填充率和较少外层绝缘占有率，提高了绕组占空率，缩小变压器体积。 目前已有如下几种CTC产品： ——纸绝缘缩醛漆包换位导线，该产品用于油浸式变压器中（120热级及以下） ——纸绝缘自粘缩醛漆包换位导线 把换位的普通缩醛漆包扁线改成自粘缩醛漆包扁线，做成换位导线后，在变压器厂绕成线圈后，经加热，漆包扁线之间相互粘合，形成更具有刚性的线圈，能承受更大的弯曲应力，这种换位导线由于采用半硬铜导体，还能把绕组线圈粘合成一体，使变压器线圈具有更好的抗短路电流能力。 ——无纸捆绑型（自粘）缩醛漆包换位导线 在大容量变压器中，低压绕组匝间电压很低，由于漆包线在变压器油中漆膜绝缘质量已有相当水平，在需在部分电场强度较高的地方，用局部衬垫纸或其他加强绝缘的办法，就可以达到绝缘的目的，这样可以省去外绝缘纸层，缩小CTC的外形尺寸。另一方面，低压绕组虽匝间电压很低，但电流密度却很大，在变压器运行或出现故障时，要承受很大的电磁力的冲击，所以对CTC的整体性要求很高，若采用热收缩捆绑绳或网带，对换位线芯进行包扎，在二次固化时，热收缩绳使CTC线芯被紧紧的束缚，CTC抗弯强度可提高20％。 由于这种CTC没有绕包外绝缘层，所以CTC中的漆包扁线直接与变压器油接触，大大降低了热阻，改善了线圈的散热功能，可缩小绕组的冷却面，改善绕组的空间因素，有利于缩小变压器尺寸，提高变压器的效率，降低制造成本，以上三个作用使这种CTC成为高电压大容量变压器低压绕组的首选绕组线。 ——耐热型的CTC 在普通的110kV及以上的油浸式变压器中，CTC已作为标准的中低压绕组材料，但在120℃以上高温油浸式变压器及干式变压器中，也已开始陆续试用CTC。 这里必须解决的是相应热级的绝缘材料，如漆包扁线采用180级或以上的如聚酯亚胺漆包扁线，相应热级的自粘层（还未定型），绕包材料有芳香族聚酰胺纤维纸或FH薄膜。 以上的品种系列，在最近已报批为我国的行业标准（JB 6758.1～4－××××）。 ——正在开发中的CTC 1） 带油道的捆绑型自粘漆包CTC 即在原有捆绑型CTC的基础上，在漆包扁线换位时，形成穿缝的油道，更加有利于散热，这对变压器饼式绕组线圈结构的散热十分有利。 2） 直流变压器用CTC 直流变压器用CTC有两种结构，其中一种是带屏蔽的纸绝缘缩醛漆包换位导线，它由二组CTC组合，在中间用若干个屏蔽层组成。 3） 阶梯状纸绝缘组合缩醛漆包CTC 在CTC的中间，阶梯状的设置扁绕组线的连（纠）结位置，是CTC的功能具体化，简化直流变压器复杂的线圈结构的制造工艺，提高线圈的制造效率。

四、变压器绕组的最新开发 在油浸式变压器系统中：纸的介电强度为40kV/mm 油的介电强度为12 kV /mm 油纸系统的介电强度可达64 kV /mm 由于油浸式变压器需考虑环境和安全上的问题，所以工作场强只允许1.5 kV /mm，所以变压器绕组结构相当复杂，此外油浸式变压器要经过严格干燥（潮气从5～10％降至0.5％），各部件再经过油的真空浸渍处理，单单干燥浸渍工艺就需2个星期，工艺也很复杂。 近来大家对干式变压器很感兴趣（城市电网改造），已有二种绝缘结构：一种是SF6气体绝缘系统，变压器绝缘等级可达275kV；另一种是模塑环氧玻璃纤维绝缘系统，但最高绝缘等级仅36kV，否则系统本身会超过局部放电起始电压。 这个技术难题在国内外已有企业在攻克中，这就是利用高压电缆（交联聚乙烯XLPE）成熟的绝缘技术。 XLPE电缆绕组工作场强可达15 kV /mm,与500kV电缆设施所能达到的相似，而且是已相应成熟的工艺，电缆绕组还应注意以下几点： 1）电缆表面外半导电层是接地的，当然它的电阻率和接地点的接触电阻应控制在一定的范围内。 2）不同的工作场强绕组可用同绝缘厚度的电缆绕组组成。 3）工作场强控制在10 kV /mm ，具有更高的可靠性。 采用XLPE电缆绕组线的新型干式变压器，既无油纸，也不用代价高昂的干燥工艺，