一种油浸式配电变压器的器身结构的制作方法

本发明涉及一种油浸式配电变压器的器身结构，属于配电变压器技术领域。

背景技术：

配电变压器市场竞争激烈，降低变压器制造成本成为各制造厂商的首要任务。目前，降低制造成本措施以长圆形结构的铁心和绕组为主，这种结构通过减小铁心窗宽，减少主要材料用量，降低变压器成本。但这种结构的绕组截面为长圆形，不符合绕组的绕制规律，绕组圆弧部分可绕制紧实，但直线部分因绕制规律，导致辐向突起，绕制不紧实，变压器抗短路能力差。虽然成本降低，但牺牲了产品的可靠性。

虽然CN104900385A公开的《一种油浸式配电变压器中椭圆形线圈的压板结构》、CN201522917U公开的《椭圆形油浸式配电变压器》以及CN202167336U公开的《非晶合金铁心变压器用椭圆形绕组》等变压器是采用椭圆形绕组，但是存在与长圆形结构同样的问题。

CN104867665A公开的《一种相切圆式线圈及其制作方法》中，所述线圈本体的横截面呈类椭圆形，该类椭圆形由两个小圆弧和两个大圆弧相切连接构成，所述小圆弧的半径小于大圆弧的半径，所述两个小圆弧分别位于铁芯左右两侧，所述小圆弧的圆心与铁芯的中心存在间隙，所述两个大圆弧分别位于铁芯上下两端，相邻的小圆弧和大圆弧的端部相切连接，以使整个类椭圆形的圆和圆弧顺滑过渡。该线圈仍然是以“使变压器结构更加紧凑，降低了成本”为目的。这种“顺滑过渡”结构仅采用四段圆弧相切，共有四个圆心且大圆弧的半径相对小圆弧的半径要大很多，虽然在长圆形的基础上有所改进，但效果不明显，仍会有鼓肚现象，造成绕组外径超差，绕组机械强度低，抗短路能力差。此外，该线圈仅针对绕组进行改进，未对铁心进行相应改进，绕组机械强度不能得到保证。

技术实现要素：

本发明针对现有采用长圆形结构铁心和绕组的变压器存在的不足，提出一种工艺性好、抗短路能力高的油浸式配电变压器的器身结构。

本发明的油浸式配电变压器的器身结构，采用以下技术方案：

该油浸式配电变压器的类椭圆形器身结构，包括铁心、低压绕组、高压绕组和绝缘结构件；铁心为三相三柱铁心，三相的高压绕组和低压绕组分别套装于铁心的三柱上，绝缘结构件支撑在铁心与绕组之间(起到支撑、绝缘和提供散热油路的作用)；低压绕组和高压绕组的横截面呈类椭圆形，铁心的单柱截面由矩形截面叠积构成，所有矩形截面的外接图形为类椭圆形，所述类椭圆形由四段圆弧与四段直线形成，四段圆弧分别为纵向相对布置的两段半径相同的圆弧以及横向相对布置的两段半径相同的圆弧，纵向相对布置的两段圆弧的圆心位于竖直线上，横向相对布置的两段圆弧的圆心重合，且处在纵向相对布置的两段圆弧的圆心所在的竖直线上，相邻圆弧之间通过直线相切连接。

所述三相的高压绕组和低压绕组采用套绕结构，低压绕组和铁心之间通过撑板支撑。

所述横向相对布置的两段圆弧的圆心位于纵向相对布置的两段圆弧的圆心中间。这样使得类椭圆形呈对称结构，更符合绕制规律。

所述类椭圆形的参数确定过程是，根据已知的类椭圆形的宽度a(即横向相对布置的两段圆弧的最外侧长度)、系数K₁和系数K₂，求得类椭圆形的长b、横向相对布置的两段圆弧(大圆弧)的半径R和纵向相对布置的两段圆弧(小圆弧)的半径r，具体是根据以下公式计算：b＝a/K₁，K₁按0.59～0.63选取；R＝a/2，r＝a/2*K₂，K₂按0.82～0.88选取。

所述铁心的单柱截面由9～12级矩形截面叠积构成，各级矩形截面的外点连接图形为类椭圆形。

所述铁心的矩形截面按以下方法确定：以横向相对布置的两段圆弧的圆心为坐标中心，根据确定的类椭圆形的参数绘制出类椭圆形图，根据绘制的类椭圆形图，以横向相对布置的两段圆弧和纵向相对布置的两段圆弧的端点确定出边界条件横坐标X₁和X₂，X₁＝R﹡cosθ，X₂＝r﹡cosθ，H＝(b-r﹡2)/2，形成区间(0,X₂]，[X₂,X₁],[X₁,a/2)；铁心级数定为9～12级，铁心每级片宽B_i，根据绘制的类椭圆形图，以每级片宽的一半B_i/2为横坐标，按不同区间确定其纵坐标：B_i/2值属于(0,X₂]，纵坐标为B_i/2值属于[X₂,X₁]，纵坐标为(L-B_i/2)×tg(90-θ)，L＝R/cosθ，B_i/2值属于[X₁,a/2)，纵坐标为然后确定出每级铁心叠厚，形成类椭圆形铁心叠积；其中，R为横向相对布置的两段圆弧的半径，r为纵向相对布置的两段圆弧的半径，H为纵向相对布置的两段圆弧的圆心距的一半，a为类椭圆形的宽度。

所述绝缘结构件是在类椭圆形纸板圈上粘贴纸板垫块而成，纸板圈内廓与低压绕组的内廓尺寸一致，外廓与高压绕组的外廓尺寸一致。

本发明的器身内置于变压器油箱中，其高压绕组和低压绕组的首端出线通过高压套管和低压套管引出，变压器可连接于电网中。高压绕组分接头出线通过与分接开关相连，可实现变压器电压的调整。

本发明采用的“类椭圆形”为四段圆弧和四段直线过渡相切形成，共有三个圆心，其中两个大圆弧共用一圆心，并且大圆弧比小圆弧略大。这种结构模拟绕组在绕制过程中的鼓肚形状制定，同时根据“类椭圆形”进行铁心截面的设计，有效增加了绕组机械强度，提高了变压器的抗短路能力，降低了变压器成本，提高可靠性，与长圆形结构的器身相比，具有如下优点：

1.高、低压绕组的绕制，符合绕制规律，工艺性好，提高了绕制效率。

2.避免高、低压绕组在绕制过程中的敲击现象，提高变压器的质量水平。

3.减小了辐向绕制裕量，从整体上减小了变压器主要材料用量，降低了变压器成本。

4.绕组绕制紧实，变压器短路承受能力水平提高。

附图说明

图1是本发明油浸式配电变压器的器身结构的套装示意图。

图2是本发明中“类椭圆形”的构成示意图。

图3是类椭圆形铁心截面及叠加示意图。

图4是本发明中绝缘结构件的示意图。

图5是类椭圆形结构模具示意图，a为主视图，b为a的左视图。

图中：1、铁心，2、低压绕组，3、高压绕组，4、绝缘结构件，5、绕线模具。

具体实施方式

本发明的油浸式配电变压器的类椭圆形器身结构，如图1所示，包括铁心1、低压绕组2、高压绕组3和绝缘结构件4。铁心1为三相三柱铁心，三相的高压绕组3和低压绕组2采用套绕结构，分别套装于铁心1的三柱上，低压绕组2和铁心1之间有撑板支撑。绝缘结构件4支撑在铁心与绕组之间，起到支撑、绝缘和提供散热油路的作用。绝缘结构件4的形状及尺寸与铁心、高压绕组和低压绕组的相配合，使器身形成一个坚强的整体结构。

低压绕组2和高压绕组3的线圈本体的横截面呈类椭圆形，如图2所示，该类椭圆由四段圆弧与四段直线形成，四段圆弧分别为纵向相对布置的两段圆弧A1和A2以及横向相对布置的两段圆弧A3和A4。圆弧A1和A2的半径相同，且其两个圆心位于竖直线上，圆心距为d。圆弧A3和A4的半径相同，其圆心重合，且在圆弧A1和A2的圆心所在的竖直线上，并处于圆弧A1和A2的两圆心中间。相邻圆弧之间通过相切直线L1、L2、L4和L3连接。四段直线与四段圆弧相切，形成本发明所采用的类椭圆，四段圆弧只有三个位置在同一直线上的圆心。

如图3所示，铁心1的单柱截面由若干级矩形截面叠积构成，若干级矩形截面的外点连接图形为“类椭圆形”。该“类椭圆形”与图2所述“类椭圆”一致，同样由四段圆弧与四段直线相切形成。如图3所示，根据已知的类椭圆形的宽a(即圆弧A3或A4的直径)、系数K₁和系数K₂，求出类椭圆形的长b、大圆弧半径R(即圆弧A3或A4的半径)和小圆弧半径r(即圆弧A1或A2的半径)，具体是根据以下公式计算：b＝a/K₁，K₁按0.59～0.63选取；R＝a/2，r＝a/2*K₂，K₂按0.82～0.88选取。

所述“类椭圆形”铁心截面按以下方法计算：以圆弧A3或A4的圆心为坐标中心，根据以上计算得出的参数绘制出“类椭圆形”图。根据绘制的“类椭圆形”图，以大圆弧和小圆弧的端点确定出边界条件横坐标X₁和X₂，X₁＝R﹡cosθ，X₂＝r﹡cosθ，H为纵向相对布置的两段圆弧的圆心距的一半，H＝(b-r﹡2)/2，形成区间(0,X₂]，[X₂,X₁],[X₁,a/2)；按设计经验确定铁心级数范围为9～12，铁心每级片宽B_i，根据绘制的“类椭圆形”图，以每级片宽一半B_i/2为横坐标，按不同区间确定其纵坐标：B_i/2值属于(0,X₂]，纵坐标为B_i/2值属于[X₂,X₁]，纵坐标为(L-B_i/2)×tg(90-θ)，L＝R/cosθ；B_i/2值属于[X₁,a/2)，纵坐标为然后确定出每级铁心叠厚，形成“类椭圆形”铁心1。

如图4所示，绝缘结构件4是在“类椭圆形”的纸板圈上粘贴纸板垫块而成。纸板圈内廓与低压绕组2的内廓尺寸一致，外廓与高压绕组3的外廓尺寸一致。另外，纸板圈应为高、低压首端出头设置开口。

低压绕组2和高压绕组3的线圈可在绕线模具5上套绕绕制成形，绕线模具5的结构如图5所示，其截面按确定的“类椭圆形”进行加工，绕线模具5的高度与线圈高度相等，模具开口尺寸与绕线机轴相配合，为方便脱模将模具设计成倾斜接缝。模具安装在绕线机上，进行套绕成型，再将高压绕组和低压绕组套装在“类椭圆形”的铁心柱上。

本发明内置于变压器油箱中，其高压绕组和低压绕组的首端出线通过高压套管和低压套管引出，变压器可连接于电网中。高压绕组分接头出线通过与分接开关相连，可实现变压器电压的调整。