一种有横向气道高压浇注线圈变压器及其制造方法与流程

本发明涉及环氧浇注变压器的制造，具体涉及一种有横向气道高压浇注线圈变压器及其制造方法。

背景技术：

环氧浇注变压器制造厂家总是希望变压器产品在满足相应国家标准规定的空载损耗、负载损耗、阻抗电压、工频耐压、局部放电、噪声以及绕组温升的基本要求前提下，尽量做到体积小、耗材少、重量轻、成本低。而环氧浇注变压器主要由铁心和线圈两大部件组成。

如申请后视为撤回的CN200710037948.4专利申请名称为：立体三角形开口卷铁芯干式变压器，采用可拆卸铁轭立体卷铁心，可做到三相磁路长度对称相等，且最短，耗材最少，材料成本最低。它是将立体卷铁心的上铁轭部分做成断开式的立体卷铁心，不仅融合了立体闭口卷铁心磁通方向与硅钢片瞐粒取向完全一致，空载损耗低、噪音低、抗短路能力强、过励磁能力强的优势，而且又不需要专用的线圈在铁心上绕制的设备，现有的生产设备即可满足生产，铁心、线圈单独制造，可批量化生产。且便于更换线圈。避免了环氧浇注干变浇注线圈连同铁心一块浇注，浸渍干变浸渍线圈连同铁心一块浸渍的高难度、复杂化、不通用的繁琐工艺。同时，在生产大容量变压器时不再受卷绕设备的限制。可全面替代目前的各种形式的叠片式铁心，连续卷制的闭合式卷铁心。

又如，本申请人申请的CN201610238388.8《一种复合主气道绝缘结构的环氧浇注变压器及其制造方法》和ZL201620321996.0《一种复合主气道绝缘结构的环氧浇注变压器》，采用复合主气道绝缘结构的线圈，可做到大大地缩小高压线圈和低压线圈之间的主绝缘距离，从而缩小整个干式变压器的体积，降低线圈和铁心的材料成本。它是把主气道绝缘制造成复合结构，在高压线圈内表面和低压线圈外表面的环氧树脂包封层内，分别设置一个高强度绝缘层，同时，在高压线圈和低压线圈之间至少放置一个绝缘筒。高强度绝缘层、绝缘筒和含有玻璃丝网格的环氧树脂以及它们之间的空气，组成复合主气道绝缘结构。复合主气道绝缘距离S比常规主绝缘距离缩小30％以上，缩小了变压器的体积，降低了变压器的成本，同时也降低了变压器的空载损耗。

为了进一步缩小变压器的体积，还可以把线圈绕成端面平面型或迭绕成饼式结构的连续式线圈，饼间无垫块。通常，圆筒式线圈轴向高度＝每匝线宽×(毎层匝数+1)+裕度，即轴向高度要多占据1匝线宽的位置，线匝从前1匝慢慢进入第2匝的位置，尾端在首端之邻近1匝位置，线圈端面呈斜面型，斜度为1匝线宽/线圈直径。当采取毎绕1匝，尾端对准首端，在接近首端处做一个“S”弯换位，进入第2匝，即每匝线“S”弯换位进入下一匝，此时线圈端面呈平面型，线圈的轴向高度＝每匝线宽×毎层匝数+裕度，上述计算轴向高度的公式中不出现+1，不再多占据1匝线宽的位置，我们称这种“S”弯换位进入下一匝的线圈为端面平面型线圈。

基于上述对比文件和端面平面型线圈的结构特征，可以把变压器设计和制造做到体积最小、耗材最少、重量最轻、成本最低。但是，一旦线圈体积最小后，其散热表面积也就最小。当散热表面积小到一定程度后，因为线圈的负载损耗维持原标准不变，则线圈表面每平方米面积承受的负载损耗值，即热负荷W/m²就随之加大，造成线圈的温升超过国家标准规定的限值要求。

如何保证在缩小体积的情况下，确保温升符合标准，这就是本申请要解决的课题。

自世界上发明变压器近两百年来，首先发明的是干式变压器。由于干式变压器的绝缘和散热的限制而导致电压上不去、容量上不去的问题，使干式变压器的发展一度几乎停滞不前。只是出现了环氧树脂绝缘的干式变压器后，才改变了干式变压器这一状态。若解决了干式变压器的散热问题，大容量的干式变压器将会得到较快的发展。

环氧浇注变压器的高压线圈，在运行中会产生损耗，损耗变成热量，热量再通过线圈的表面散发到空气中去，一时散发不出去的热量，使线圈产生温升。而温升又有限值要求，它不得超过线圈所选用绝缘材料的绝缘耐热等级温升限值。否则，绝缘材料老化，绝缘性能破坏，导致整个变压器电气性能破坏，变压器寿命将终止。为此，必须保证线圈表面每平方米面积承受的负载损耗值，即热负荷W/m²不得超过某一数值，才能控制浇注线圈的温升不超过国家标准规定的限值要求。降低热负荷就是降低变压器的温升。如要降低热负荷值，其一是降低线圈的损耗，其二是增大线圈表面的散热面积。

要增大线圈表面散热面积的方法有几种。一是改变变压器的设计，对同一容量的变压器取不同的铁心直径值，即取不同的低压线圈匝数，可以改变线圈高矮胖瘦的形状，得到不同的散热表面积。通常，矮胖形状者表面积小于高瘦形状者。二是在浇注线圈内部设置纵向散热气道，以增加散热表面积，但却造成增加了线圈的辐向厚度。按照变压器的设计规律，在相同的变压器阻抗数值要求下，增加了辐向厚度后，线圈的轴向高度也要随之增加，才能满足变压器阻抗数值的要求。这样，就造成辐向厚度和轴向高度同时加大，明显增加变压器的制造成本，减少产品利润。

技术实现要素：

本发明的目的就是要在相同的变压器设计方案下，不设置纵向散热气道，不增加线圈的辐向厚度，不增加线圈的轴向高度，达到增加线圈散热表面积的目的，这就是在线圈的段间设置横向散热气道，并解决其制造方法。为发展大容量的浇注变压器奠定基础，也是环氧浇注变压器结构一次革命性的改变。

本发明技术方案之一：

一种有横向气道高压浇注线圈变压器，变压器高压线圈绕成若干段，每段高压线圈包括电磁线及层间绝缘、环氧树脂及预浸树脂的玻璃丝网格板和相邻段线圈之间设置的横向气道。

进一步，所述电磁线及层间绝缘的每段线圈是绕制成每匝线“S”弯进入下一匝、每层不多占一匝线宽位置的端面平面型线圈；

或迭绕成饼式结构的连续式线圈，饼间无垫块。

进一步，所述预浸树脂的玻璃丝网格板只放置在线圈内外表面的树脂包封层内。

进一步，所述横向气道即每段高压浇注线圈之间的段间距离10～14mm，横向气道两侧的段间线圈树脂包封厚度各为1～2mm，横向气道厚度为8～10mm。

进一步，当电磁线及层间绝缘采用端面平面型线圈时，所述横向气道的道数为线圈总段数减一，当电磁线及层间绝缘中采用迭绕成饼式结构的连续式线圈时，横向气道的道数应根据线圈表面热负荷W/m²的大小不得超过允许数值来确定，该允许数值是根据本申请人申请的ZL201010250963.9《一种树脂包封变压器绕组温升设计方法》计算出来的。

进一步，每道横向气道有三处气道，三处气道分布在相邻段线圈的段间沿线圈圆环方向的E、F、G三处位置，每处位置为整个圆环的四分之一减去一个压板垫块圆弧形。

进一步，所述每道横向气道的三处气道分别采用与该处形状一致的横向气道模板在树脂浇注固化后成形的。

进一步，所述横向气道模板的形状为：内圆弧为线圈辐向内圆半径，外圆弧为浇注体辐向外圆半径，厚度为设计气道宽度的弧形斜面并由斜线断开的两块钢板组成。

本发明技术方案之二：

一种有横向气道高压浇注线圈变压器的高压线圈制造方法，

当在绕线机上安装好绕线模后，在绕线模上放置线圈整个高度的预浸树脂的玻璃丝网格板，真空浇注树脂后就是高压浇注线圈的内表面包封层，再从中间带有分接头的线段先行绕制，毎匝线“S”弯进入下一匝，绕成每层轴向尺寸为每匝线宽×实际匝数，不多占一匝线宽位置的端面平面型线圈，直至绕完该段的层数和匝数；若是饼式结构的连续式线圈，按常规方法绕制，饼间无垫块；

放置横向气道模板，在线圈辐向沿线圈圆环方向的E、F、G三处位置，放置横向气道模板，横向气道模板厚度为段与段之间的距离，并用玻璃丝带和隔块固定，然后继续绕制下一段线圈，重复上述绕线和放置横向气道模板的过程，直至绕完整个线圈，浇注脱模之后，取出横向气道模板形成三处气道，每处气道的圆环弧面为整个圆环的四分之一减去一个压板垫块的弧面。

进一步，在绕制完线圈的外表面，按毎个线段高度放置预浸树脂的玻璃丝网格板，装上浇注外模，进行真空浇注整个线圈；固化后，脱去内、外模和横向气道模板，即形成有横向气道的高压浇注线圈。

本发明解决了在相同的变压器设计方案下，不设置纵向散热气道，不增加线圈的辐向厚度，不增加线圈的轴向高度，达到增加线圈散热表面积的目的，有利于高压线圈的散热。或者说，在相同的温升限值下，能承受更大的线圈损耗发热，从而可减小电磁线截面积，节省电磁线和环氧树脂的用量。为发展大容量的浇注变压器奠定基础。

若将变压器设计方案作适当调整，在高、低线圈许可的温升限值内调整高、低线圈的负载损耗分配，并釆用复合主气道绝缘结构，把外型尺寸进一步缩小，节材、节能效果更为显著。

附图说明

图1是本发明一种有横向气道高压浇注线圈变压器的高压浇注线圈剖面图；

图2是本发明一种有横向气道高压浇注线圈变压器的横向气道位置横截面图；

图3是本发明一种有横向气道高压浇注线圈变压器的高压线圈及分接原理图；

图4是本发明一种有横向气道高压浇注线圈变压器的横向气道模板图；

图5是本发明一种有横向气道高压浇注线圈变压器的高压线圈绕制时水平状态放置示意图；

图中：电磁线及层间绝缘1，环氧树脂及预浸树脂的玻璃丝网格板2，横向气道3，压板垫块4，接线板位置5，横向气道模板6。

具体实施方式

本发明通过下面的实施例可以对本发明作进一步的描述，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：

一种有横向气道高压浇注线圈变压器的高压线圈制造方法，绕制线圈时，绕线模具呈水平状态放置(见图5)，在绕线的模具上，在环氧树脂及预浸树脂的玻璃丝网格板2处，放置线圈整个高度的预浸树脂的玻璃丝网格板，相当于线圈的内表面包封层位置。先从中间分接头1A向分接头3A、分接头5A绕制，直至绕到整个线圈的外接电网接线头A；再从中间分接头2A向分接头4A、分接头6A绕制，直至绕到整个线圈的尾头X，毎匝线“S”弯进入下一匝，绕成每层轴向尺寸为每匝线宽×实际匝数，不多占一匝线宽位置的端面平面型线圈，或迭绕成饼式结构的连续式线圈，饼间无垫块。

放置横向气道模板，在线圈辐向沿线圈圆环方向的E、F、G三处位置，分别放置该段设计厚度圆弧形横向气道模板6，并临时用玻璃丝带和隔块固定，然后继续绕制下一段线圈，重复上述绕线和放置横向气道模板的过程，直至绕完为止。连续式线圈则根据散热的需要设置横向气道数。

在绕制完线圈外表面放置线圈毎段高度的预浸树脂的玻璃丝网格板，进行真空浇注整个线圈。固化、脱模后，取出横向气道模板6，形成横向气道3、压板垫块4和接线板位置5，即形成有横向气道的高压浇注线圈。

实施例2：

一台10/0.4KV630KVA平面布置的三相铁心，其为F级绝缘耐热等级环氧浇注高压线圈，温升限值为100K。其结构尺寸为：铁心直径φ221mm，铁心中心距475mm，铁心窗高795mm，高压线圈内径为φ372mm，外径为φ441mm，散热高度为685mm，压板垫块4宽50mm，三相高压负载损耗为3893瓦，线圈涡流损耗为261瓦，三相高压线圈总损耗为4154瓦。

当这台变压器高压线圈绕成六段，平面布置的三相铁心，段间距离10mm mm，无横向气道时，毎只线圈轴向散热表面积为：S₁＝π(372+441)×685×10^-6＝1.750m²；热负荷J₁＝4154/(3×1.750)＝791W/m²；温升计算值为T₁＝96K。

当这台变压器高压线圈绕成六段，平面布置的三相铁心，设5个横向气道，段间距离10mm mm，段间线圈两侧树脂包封厚度各1mm，横向气道8mm时，每个线圈辐向散热表面积增加了S′，

S′＝[0.5π(372+441)-4×50]×(220.5-186)×0.75×5×2×10^-6＝0.279m²

毎只线圈的有效散热表面积增加到S₁₁＝S₁+αS′m²，式中α为小于1的辐向散热系数，由试验曲线确定。采用温升试验曲线控制线圈温升，温升计算值为T₁₁＝85K。

由此可见，散热表面积增加了0.279×3＝0.837m²，增加比例为15.94％，从而降低了线圈的温升11K，降低率为11.4％。

实施例3：

实施例2所述变压器仍为平面布置的三相铁心，将设计方案作适当调整，在高、低线圈许可的温升限值内调整高、低线圈的负载损耗分配，并釆用复合主气道绝缘结构，缩小主气道绝缘尺寸，节材效果更明显。

调整后的结构尺寸为：铁心直径仍为φ221mm，铁心中心距470mm，铁心窗高740mm，采用复合主气道绝缘结构，高压线圈内径为φ369mm，线圈外径为φ437mm，散热高度为630mm，高压线圈六段，设5个横向气道，段间距离10mm mm，段间线圈两侧树脂包封厚度各1mm，横向气道8mm时，三相高压负载损耗与实施例2相近，毎只线圈轴向散热表面积为：S₂＝π(369+437)×630×10^-6＝1.595m²，每个线圈辐向散热表面积增加了S″，S″＝[0.5π(369+447)-4×50]×(218.5-184.5)×0.75×5×2×10^-6＝0.276m²，每个线圈有效散热表面积为S₂₁＝1.595+α·0.276m²，式中α为小于1的辐向散热系数，由试验曲线确定。采用温升试验曲线控制线圈温升，温升计算值为T₂₁＝96K﹤100K。低压线圈温升计算值为T₂₂＝95K﹤100K。结果，调整设计方案后，硅钢片消耗减少46Kg、占3.9％，铝电磁线消耗减少25Kg、占7.8％，树脂混合料消耗减少2Kg、占2％，产品总重量减少70Kg、占3.9％。可见，节材效果更为显著，且降低了空载损耗50瓦。

实施例4：

将实施例3所述变压器改为三角形立体铁心，高、低压线圈按实施例3的线圈，采用复合主气道绝缘结构，5个横向气道，段间距离10mm mm，段间线圈两侧树脂包封厚度各1mm，横向气道8mm时，硅钢片消耗再进一步减少，空载损耗再进一步降低，节材、节能效果尤为突出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。