一种长圆形线圈及配电变压器的制作方法

本实用新型属于变压器技术领域，具体涉及一种长圆形线圈、以及包含该长圆形线圈的配电变压器。

背景技术：

近些年来随着国网对配电变压器抗突发短路要求的进一步提高，如何解决配电变压器抗突发短路能力已经成为一个突出的问题。

传统油浸式变压器的制作方法是将变压器线圈绕组层间进行刷树脂、或者对线圈整体进行浸绝缘漆，以保证器身绕组发生短路时不变形，从而提高绕组轴向与幅向的机械强度与稳定性，采用这种传统的制作方法存在以下一些问题：

1、成本高：若在线圈层间刷树脂，增加了树脂采购成本、树脂调配与刷涂的人工费；若浸漆，除了浸漆增加工时外，真空浸漆对设备折旧、以及巨大的电费、漆的成本是一项不小的开支；

2、工效低：若在线圈层间刷树脂，会使绕制人工工时增加一倍以上，因而线圈制造工效会降低一半；若对线圈二次浸漆，除了增加浸漆时间外，还将发生干燥、浸漆前后对线圈的整理时间，平均每台线圈的制造周期将延长约18-24小时；

3、存在质量隐患：刷树脂或进行浸漆工艺，仅仅是增加了线圈的机械强度，但采取该措施会导致下面的质量隐患，即由于树脂或漆固化后会结瘤覆盖在绕组上，一方面，将堵塞部分油道，妨碍油的循环散热，严重时在绕组中会产生局部过热点；另一方面，会使线圈绝缘材料中的微水、气泡很难再排出来，导致变压器的整体绝缘性能下降；

4、污染环境与设备：由于树脂刷涂在层绝缘上，在绕制时线圈张力拉紧，树脂会溢出掉落在设备与操作者身上，固化后粘得牢固且很难清理，从而污染环境和工装设备，且绝缘漆及稀释剂等化工产品，对操作者身心健康也会造成不良的危害。

目前所常见的线圈中加强抗短路的方法均是采用上述方法，从而使得传统的变压器产品的工艺与设计制造成本居高不下。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是根据现有技术存在的上述不足，提供一种长圆形线圈以及包含该长圆形线圈的配电变压器，该长圆形线圈的制作方式简单可靠、制作成本低、能够有效保证变压器的抗突发短路能力，且不需要浸漆和刷树脂。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是该长圆形线圈包括低压绕组和设于低压绕组外侧的高压绕组，高压绕组和低压绕组之间为主控道，其中，长圆形线圈还包括有第一纵向拉带、第一横向拉带和第二纵向拉带，

所述第一纵向拉带沿线圈轴向将所述主控道打包固定，从而将高压绕组的内侧和低压绕组的外侧固定在一起；

所述第一横向拉带沿线圈幅向对长圆形线圈的整个外表面进行缠绕包裹；

第二纵向拉带设置在第一横向拉带外，所述第二纵向拉带沿线圈轴向将长圆形线圈的内外表面缠绕一周，从而将高压绕组和低压绕组固定为一个整体。

优选的是，该长圆形线圈还包括第二横向拉带，所述第二横向拉带设置在第二纵向拉带外，第二横向拉带沿线圈幅向对长圆形线圈的外表面进行绑扎。

优选的是，该长圆形线圈还包括轴向压板和拉螺杆，轴向压板的数量为两块，分别设置在长圆形线圈的两个端部，通过拉螺杆将两块轴向压板拉紧。

优选的是，该长圆形线圈的数量为三个，该长圆形线圈还包括相间撑板，相间撑板设置在相邻两个长圆形线圈之间。

优选的是，该长圆形线圈的数量为三个，三个长圆形线圈并列设置，该长圆形线圈还包括侧撑板和第三横向拉带，侧撑板的数量为两块，两块侧撑板分别设置在三个并列的长圆形线圈的两侧面，两块侧撑板通过第三横向拉带进行固定。

优选的是，所述长圆形线圈划分为直线部分和位于直线部分两端的圆弧部分，所述第一纵向拉带和第二纵向拉带均设置在直线部分位置处；

或者，优选的是，所述第一纵向拉带和第二纵向拉带设置在线圈强度小于短路电磁力的各个线圈位置处。

本实用新型还提供一种配电变压器，包括线圈，该线圈采用上述的长圆形线圈。

本实用新型的有益效果具体如下：

对于本实用新型所采取的约束短路电磁力的措施，具体来说，是通过采用“线圈轴向、幅向固定”的约束带方式来约束高低压绕组，抵消或减弱高低压绕组幅向上的部分压应力与张应力，控制变压器主控道油道位移与变形；通过对线圈采用“交叉网格法”的约束带来约束三相绕组，抵消或减弱A、B、C三相幅向轴向的部分电磁力。

当本实用新型中的第一纵向拉带和第二纵向拉带设置在线圈强度小于短路电磁力的各个线圈位置处时，是先对线圈纵向横向的磁场分布与静态受力分析，精确计算出长圆形线圈各个位置的短路电磁力的大小，并将之与该位置的线圈强度进行对比，从而可以知道线圈哪些位置是其抗短路能力的薄弱处，并在这些薄弱处位置设置绝缘拉带来约束短路电磁力，即采用标本兼治的“补偿法”和“平衡法”，通过在线圈的所有薄弱位置采取相应的防护措施，从而达到对短路电磁力的精准控制，使线圈在承受短路力时自平衡，保证线圈在受短路力的情况下各项参数在均在合格范围内，线圈结构更完善，分析更准确，大大提高了变压器抗突发短路能力。

可见，本实用新型线圈通过利用高低压绕组的受力特点，抵消或减弱危及绕组强度且破坏性极大的短路电动力，等效于增强了绕组机械强度与稳定性，从标本兼治的角度出发提高变压器抗突发短路能力，故该长圆形线圈可应用于较大容量(2000KVA以下)的配电变压器产品(油浸式叠铁芯变压器)中，且无需生产企业投入其他设备，易于推广应用，其应用前景广阔。该线圈经过试验验证，其具有工艺简单可靠，成本优势的特点，采用该长圆形线圈的变压器产品性能优越。

本实用新型长圆形线圈还具有不浸漆、不刷树脂，可降低材料成本、降低工人的劳动强度、提高工效等优点。

附图说明

图1是长圆形线圈幅向张应力、压应力的分布示意图；

图2是长圆形线圈幅向压力和幅向张力的简要示意图；

图3是本实用新型实施例1中长圆形线圈的截面示意图；

图4是本实用新型实施例1中长圆形线圈中第一纵向拉带和第一横向拉带的位置示意图；

图5是本实用新型实施例1中长圆形线圈中第二纵向拉带的位置示意图；

图6是本实用新型实施例1中长圆形线圈中第二纵向拉带和第二横向拉带的位置示意图；

图7是本实用新型实施例1中轴向压板、侧撑板和相间撑板的位置示意图；

图8是本实用新型实施例1中侧撑板和第三横向拉带的位置示意图。

图中：1-高压绕组 2-低压绕组 3-第一纵向拉带 4-第一横向拉带 5-第二纵向拉带 6-第二横向拉带 7-铁芯 8-主控道 9-轴向压板 10-拉螺杆 11-侧撑板 12-相间撑板 13-第三横向拉带

具体实施方式

下面结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，下面所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1、图2所示，长圆形线圈包括低压绕组2和设置在低压绕组外侧的高压绕组1。线圈幅向受到的短路电磁力主要是张应力和压应力，当变压器的绕组承受短路电磁力时，绕组会产生变形，设置在外侧的外绕组受力会向外扩张，设置在内侧的内绕组受力会向内压缩(如图1所示)，即设置在外侧的高压绕组1受到张应力(见图1中箭头所示方向)，而设置在内侧的低压绕组2受到压应力(见图1中箭头所示方向)。

同心排列的一二次绕组其安匝沿轴向均衡分布时，只产生纵向漏磁场，即幅向电磁力。而实际应用过程中，其安匝不能沿轴向做到完全均衡分布，将产生横向漏磁场，绕组产生轴向电磁力。

为解决绕组变形的问题，本实用新型通过采用多个拉带来约束各个绕组，通过在线圈的不同位置布置相应的高强度绝缘拉带，达到使内外绕组受力平衡，以吸收短路时大电流在高低压绕组上产生的部分压应力、张应力和轴向力。

据此，本实用新型提供一种长圆形线圈，其包括低压绕组和设于低压绕组外侧的高压绕组，高压绕组和低压绕组之间为主控道，其中，长圆形线圈还包括有第一纵向拉带、第一横向拉带和第二纵向拉带，

所述第一约束带沿线圈轴向将所述主控道打包固定，从而将高压绕组的内侧和低压绕组的外侧固定在一起；

所述第一横向拉带沿线圈幅向对长圆形线圈的整个外表面进行缠绕包裹；

第二纵向拉带设置在第一横向拉带外，所述第二纵向拉带沿线圈轴向将长圆形线圈的内外表面缠绕一周，从而将高压绕组和低压绕组固定为一个整体。

本实用新型还提供一种配电变压器，包括线圈，该线圈采用上述的长圆形线圈。

实施例1：

如图3、4、5所示，本实施例中的长圆形线圈，包括低压绕组2和设于低压绕组外侧的高压绕组1，高压绕组和低压绕组之间为主控道8，该长圆形线圈还包括有第一纵向拉带3、第一横向拉带4和第二纵向拉带5。

第一纵向拉带3用于沿线圈轴向将所述主控道打包固定，从而将高压绕组的内侧和低压绕组的外侧固定在一起；第一横向拉带4沿线圈幅向对长圆形线圈的整个外表面进行缠绕包裹；第二纵向拉带5设置在第一横向拉带4外，其沿线圈轴向将长圆形线圈的内外表面缠绕一周，从而将高压绕组和低压绕组固定为一个整体。

优选的，如图6所示，该长圆形线圈还包括第二横向拉带6，第二横向拉带6沿线圈幅向设置在第二纵向拉带5之外，用于对长圆形线圈的外表面进行绑扎。

本实施例中，第二横向拉带6的数量为三根，三根第二横向拉带分别设置在线圈的不同高度位置处。

本实施例中，第一纵向拉带3和第二纵向拉带5各自采用多根，且单根第一纵向拉带和单根第二纵向拉带的设置位置相对应，即两者是叠放的位置关系。

优选的，第一纵向拉带3和第二纵向拉带5均设置在长圆形线圈的直线部分位置处。

本实施例中，第一纵向拉带3、第二纵向拉带5和第二横向拉带6采用聚酯带制成，第一横向拉带4采用无纬带制成。

优选的，如图7所示，本实施例中，该长圆形线圈还包括轴向压板9和拉螺杆10，轴向压板9的数量为两块，两块轴向压板分别设置在长圆形线圈的两个端部，即上端部和下端部，通过拉螺杆10穿过两块轴向压板而将两者拉紧。

本实施例中，长圆形线圈的数量为并列设置的三个。

优选的，如图7所示，本实施例中，该长圆形线圈还包括相间撑板12，相间撑板12设置在三个并列的长圆形线圈中每相邻两个长圆形线圈之间。

优选的，如图8所示，本实施例中，该长圆形线圈还包括侧撑板11和第三横向拉带13，侧撑板11的数量为两块，两块侧撑板分别设置在三个并列的长圆形线圈所构成的整体的两侧面，第三横向拉带13沿线圈幅向设置，两块侧撑板11通过第三横向拉带13绑扎固定在长圆形线圈上。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于：第一纵向拉带3和第二纵向拉带5的设置位置不同。除此之外，本实施例中其他内容均与实施例1中相同，这里不再赘述。

具体的，本实施例中，第一纵向拉带3和第二纵向拉带5设置在线圈强度小于短路电磁力的各个线圈位置处。

实施例3：

本实施例中的制作方法是用于制作实施例1中的长圆形线圈，所制作的长圆形线圈是用于S11～S13系列2000KVA以下型号的配电变压器中，该配电变压器具体适用于农网、城市、工矿企业等配电场所。

如图3所示，本实施例中，待制作的长圆形线圈包括低压绕组2和设置在低压绕组外的高压绕组1，低压绕组2和高压绕组之间为主控道8，该长圆形线圈的制造方法是，在线圈制作中还包括如下步骤(其中低压绕组2和高压绕组1的制作方式与现有技术相同，这里不再赘述)：

S1，采用第一纵向拉带3沿线圈轴向将长圆形线圈的高压绕组和低压绕组之间的主控道8打包固定，以将高压绕组的内侧和低压绕组的外侧固定在一起。

本实施例中，第一纵向拉带3具体可采用聚酯带制成。如图4所示，在高压绕组1和低压绕组2之间的主控道位置，采用多个第一绝缘拉带3将主控道8进行打包固定，具体可以是采用聚酯带将低压绕组的最外层(或外几层)与高压绕组的最内层(或内几层)捆扎固定在一起，这样就形成了多个“口”字形的约束带，从而将高压绕组的内侧和低压绕组的外侧捆扎固定在一起，以紧固抵消高压绕组、低压绕组短路时分别受到的向外、向内的电磁力，以限制主控道因短路力的作用而尺寸发生变化。

优选的，在绕制该长圆形线圈之前，还可以先在待绕制的长圆形线圈的内侧放置一个薄纸筒，以支撑或抵消低压绕组发生短路时受到的部分向内的电磁力。

S2，采用第一横向拉带4沿线圈幅向对长圆形线圈的整个外表面进行缠绕包裹。

本实施例中，第一纵向拉带3具体可采用无纬带制成。如图4所示，本实施例中，在设置第一纵向拉带3之后，在高压绕组1的外径上采用第一纵向拉带(无纬带)沿长圆形线圈的周向对高压绕组的整个外表面进行缠绕包裹，从而使高压绕组的外表面全部被无纬带包裹，并绑扎牢固，以抵消高压绕组短路时沿幅向向外扩张的电磁力，限制高压绕组因短路力的作用而导致外径尺寸发生变化。

S3，采用第二纵向拉带5沿线圈轴向将长圆形线圈的内外表面缠绕一周后绑扎固定，以将高压绕组和低压绕组固定为一个整体。

本实施例中，第二纵向拉带5具体可采用聚酯带制成。如图5、6所示，本实施例中，在高压绕组外全部包裹无纬带之后，再采用第二纵向拉带(聚酯带)将长圆形线圈从外到内(或从内到外)的缠绕一周，即将长圆形线圈的内外表面缠绕一周后绑扎固定，以将高压绕组和低压绕组固定为一个整体。

优选的，在步骤S3之后，还可包括步骤S4：

S4，采用第二横向拉带6沿线圈幅向对长圆形线圈的外表面进行横向绑扎。

本实施例中，第二横向拉带6具体可采用聚酯带制成。如图6所示，本实施例中，在设置了第二纵向拉带5后，再采用第二横向拉带(聚酯带)将沿长圆形线圈的周向对高压绕组的外表面进行横向绑扎，以紧固高压绕组1，抵消高压绕组短路时向外、低压绕组短路时向内的幅向力、以及轴向力，从而使该长圆形线圈成为一个刚性整体。

第二横向拉带6设置在第二纵向拉带5外，且第二横向拉带6的数量为多条，多条第二横向拉带分别设置在高压绕组外表面的不同高度位置。本实施例中，第二横向拉带的数量为三根。

优选的，在步骤S3之后，该长圆形线圈的制造方法还可包括步骤S5。

S5，在长圆形线圈的两端各设一块轴向压板9，通过拉螺杆10将两块轴向压板拉紧。

具体的，在长圆形线圈套装在铁芯7上后，在长圆形线圈的上端部和下端部各放置一个轴向压板9，然后使拉螺杆10从两块轴向压板上的穿孔中穿过，通过拉螺杆10使两块轴向压板沿轴向压紧所述长圆形线圈，以将线圈整体撑紧、压紧，从而抵消高压绕组和低压绕组短路时向上向下的轴向力。

优选的，在步骤S3之后，该长圆形线圈的制造方法还可包括步骤S6。

S6，在相邻两个长圆形线圈之间设置相间撑板12。

如图7所示，由于长圆形线圈的数量为并列设置的三个，在每相邻两个长圆形线圈之间各设置一块相间撑板12，从而可以限制每个长圆形线圈两侧面的位移量。

优选的，在步骤S4之后，该长圆形线圈的制造方法还可包括步骤S7。

S7，在三个并列的长圆形线圈的两侧面各设置一块侧撑板11，两块侧撑板通过第三横向拉带13固定。

本实施例中，第三横向拉带13具体可采用聚酯带制成。如图8所示，三个长圆形线圈并列设置，在该并列设置的三个长圆形线圈所形成的整体的两侧面分别设置一块侧撑板11，然后再采用第三横向拉带(聚酯带)沿长圆形线圈的幅向对三个长圆形线圈的外表面进行横向绑扎，从而将侧撑板捆绑固定在长圆形线圈上，以限制所形成的整体长圆形线圈两个侧面的位移量。

待变压器器身装配后，整体进行干燥以后，上述所有约束用拉带达到固定温度后其物理性能发生变化-收缩，从而可将高低压绕组整体拉紧。上述各种约束带具体可选择具有高温烘干收缩性能的绝缘拉带。

其中，由于长圆形线圈的截面为椭圆形，根据椭圆的特点，可将长圆形线圈划分为两段直线部分和位于该两段直线部分两端的两段圆弧部分。以型号为200kvA的长圆形线圈为例，越靠近长圆形线圈的圆弧部分位置，线圈自身的抗短路能力越强。因此，本实施例中，约束带(第一纵向拉带和第二纵向拉带)的分布原则是：越靠近长圆形线圈的圆弧部分位置，因安全系数足够，则可以不布置或少布置约束带；越靠近长圆形线圈的直线部分位置，则可以多布置约束带。

本实施例中，优选在长圆形线圈的圆弧部分密集设置第一纵向拉带3和第二纵向拉带5，而在在长圆形线圈的直线部分少量设置第一纵向拉带3和第二纵向拉带5。其中，单个第一纵向拉带3和单个第二纵向拉带5在长圆形线圈上的设置位置是一致的，相互对应放置，即两者是叠放在线圈的同一位置上。

在上述方法中，通过采用第一纵向拉带3、第二纵向拉带5、第二横向拉带6，配合侧撑板11和相间撑板12的使用，可使得长圆形线圈的幅向固定；通过第二纵向拉带5配合轴向压板9和侧撑板11，可使得长圆形线圈的轴向固定，以此来约束高压绕组和低压绕组，抵消或减弱高低压绕组幅向上的部分压应力与张应力，控制变压器主控道油道位移与变形。通过对线圈采用上述的“交叉网格法”来约束三相绕组，可以抵消或减弱A、B、C三相幅向轴向的部分电磁力。

本实施例中制作方法制成的长圆形线圈所适用的变压器的制造工艺与常规制造工艺方法相同，即不需要改变现有设备和工艺流程，且变压器所增加的产品材料成本较少，具有成本低的特点；采用本实施例中长圆形线圈的变压器，具有优越的抗短路性能，有效解决了现有配电变压器抗突发短路的问题，确保变压器通过型式试验的考核和安全运行，其应用前景广阔。

实施例4：

本实施例中的制作方法是用于制作实施例2中长圆形线圈，该制造方法与实施例3中的方法的不同之处在于：第一纵向拉带和第二纵向拉带在线圈上的分布方式不同。除此之外，本实施例中的制造方法均与实施例3相同，这里不再赘述。

具体来说，本实施例中，在设置第一纵向拉带之前，还包括如下步骤：

S01，计算待绕制的长圆形线圈静态时短路电磁力的大小与分布，再根据受力分布核算该长圆形线圈各个位置的线圈强度；

S02，将计算出的短路电磁力与长圆形线圈各个位置的线圈强度分别进行对比，在线圈强度小于短路电磁力的线圈位置处，计划设置第一纵向拉带和第二纵向拉带，以补偿该线圈位置处的线圈强度或削弱该线圈位置处的短路电磁力。

其中，单个第一纵向拉带和单个第二纵向拉带5长圆形线圈上的设置位置一致，两者相互对应放置，即两者叠放在线圈的同一处。即，第一纵向拉带和第二纵向拉带均设置在线圈强度小于短路电磁力的线圈位置处。

计算长圆形线圈各个位置的电磁力大小，其计算方式具体可采用如下方法(当然电磁力的计算方式并不限于采用以下的计算方法)：

(1)按GB1094.5中4.1.1条的相关规定来计算三相对称短路电流，对于具有两个独立绕组的三相变压器，对称短路电流方均根值I应按下面公式计算：

(2)按国标4.2.3计算出双绕组变压器的试验电流峰值，根据该国标中的表5查得试验电流峰值系数

其中，k为计算试验电流初始偏移的系数。

根据表5查取试验电流峰值系数

(3)对于呈三角形分布的纵向漏磁，计算线圈的径向电磁力的计算公式为:

其中：Imax—绕组短路电流(A)(Imax即为(2)中计算的)

W—绕组匝数

ρ—洛式系数

Rp—绕组平均半径(m)

H—绕组高度(m)

(4)导线的径向拉应力的计算公式为:

其中，m—导线并联根数，S—导线截面(mm²)。

(5)导线的径向压应力的计算公式为:

其中：l—导线支撑点的间隔长度(m)，a—导线厚度(m)，b—导线宽度(m)。

在实际应用过程中，由于变压器中各个参数存在差异，计算的结果相差较大，下面的表是以型号为S-M-200/10的低压线圈为例计算出的结果，其中表1中是长圆形线圈的圆弧部分的受力情况，表2中是长圆形线圈的直线部分的受力情况：

表1

表2

根据上面表1和表2的计算结果可知，对于该长圆形线圈，在不设置约束带的情况下线圈的导线需要选用硬度大于导线弯曲应力97.68Mpa的导线，并需要留有一定安全系数。对该长圆形线圈如本实用新型实施例1中的上述措施，即在线圈的直线部分的相应部位设置约束带，而圆弧部分则不设置任何约束带，从而可改变线圈的直线部分的弯曲应力，从表2中可知，设置了约束带后线圈中的弯曲应力仅为24.42Mpa，现有线圈中所采用的导线完全能够满足该应力需要，因此线圈直线部分的导线无需另外选用硬度更大的导线，从而可降低线圈的制造成本。

本实施例中根据变压器纵向与横向漏磁场分布情况，根据变压器的容量和电流大小先计算出静态时线圈电磁短路力(变压器短路时产生的电磁力)的大小与分布，并将计算出的短路电磁力与线圈自身强度进行对比，当绕组自身强度小于变压器的短路电磁力时，绕组会产生变形，设置在外侧的外绕组受力会向外扩张，而设置在内侧的内绕组受力会向内压缩(如图1所示)，为解决绕组自身强度不足的问题，本实用新型通过采用“补偿法”、“平衡法”来约束各个绕组，即在线圈的不同位置使用高强度绝缘拉带，从而可弥补绕组的自身强度不足的问题，达到内外绕组受力平衡，以吸收短路时大电流在高低压绕组上产生的部分压应力、张应力和轴向力。

实施例5：

本实施例中的配电变压器，该配电变压器为S11～S13系列2000KVA以下的配电变压器。所述配电变压器包括线圈，所述线圈采用实施例3中的长圆形线圈。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。